CN103852263A

CN103852263A - 一种柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台

Info

Publication number: CN103852263A
Application number: CN201410061718.1A
Authority: CN
Inventors: 鲍久圣; 周绍聪; 阴妍; 王楠; 韩培欣
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: CN103852263B

Abstract

本发明公开一种柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台，防爆柴油发动机、防爆ISG电机、第一转矩转速传感器、第一离合器、耦合器、机械式自动变速器、防爆制动器、惯性飞轮组、升速箱、第三离合器、测功机依次连接，防爆电机、第二转矩转速传感器、第二离合器、耦合器依次连接；防爆柴油发动机、防爆ISG电机、防爆电机、机械式自动变速器、防爆制动器、测功机分别通过发动机ECU、ISG电机ECU、防爆电机ECU、机械式自动变速器ECU、液压系统和液压系统控制单元、测功机控制系统与计算机总控制台连接；本发明可进行多模式混合动力无轨胶轮车的试验研究，可为各模式混合动力无轨胶轮车的产品化提供可靠的实验数据。

Description

一种柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台

技术领域

本发明涉及一种柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台，属于试验设备技术领域。

背景技术

无轨胶轮车是煤矿井下重要的辅助运输方式，目前无轨胶轮车多为防爆柴油无轨胶轮车与无轨胶轮电动车，国内市场尚未有混合动力无轨胶轮车产品。混合动力防爆无轨胶轮车由防爆柴油发动机和防爆电动机混合驱动，并且可以制动能量回收。与传统的防爆柴油无轨胶轮车和无轨胶轮电动车相比，混合动力防爆无轨胶轮车具有良好的排放性能、动力性和燃油经济性等综合性能，必将成为现代化矿井辅助运输的主力军，市场潜力巨大。

柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台是研究开发混合动力井下无轨胶轮车的基础，也是研究各主要系统部件的重要工具。现有的防爆胶轮车台架测试系统，主要用于胶轮车成品的质量检测，包括防爆胶轮车的发动机和传动系统磨合、重心测试和制动性能测试等等，不能进行混合动力防爆无轨胶轮车的开发研究；现有的混合动力汽车试验台架，具有整车测试及部件测试的汽车试验台架也很多，但不能完全满足混合动力无轨胶轮车的试验与开发要求；究其原因，首先是由于混合动力无轨胶轮车自身结构、系统设备以及其特殊的井下工况条件与路面汽车存在一定的差异性，导致台架设备及系统构成存在一定的差别；其次，现有的大多数混合动力试验台架只能完成单一混合动力模式，没有一个集成的混合动力试验平台，能完成串联模式、单轴ISG并联模式、双轴并联模式以及混联模式试验的。所以市场急需一种能同时研究上述几种混合动力模式的无轨胶轮车试验平台。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台，可进行混合动力无轨胶轮车驱动性能、部件性能和整车控制策略等方面的试验研究，能为将来混合动力无轨胶轮车的产品化提供可靠的实验数据。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台，防爆ISG电机集成在防爆柴油发动机主轴上，防爆ISG电机输出端与第一转矩转速传感器相连，第一转矩转速传感器通过第一离合器与耦合器一个输入端连接，耦合器为双轴并联耦合器，耦合器的输出端与机械式自动变速器输入端相连，机械式自动变速器输出端与防爆制动器一端相连，防爆制动器另一端和惯性飞轮组相连，第三离合器与测功机连接，惯性飞轮组与第三离合器之间还设有升速箱，防爆柴油机发动机还连接有发动机ECU，防爆ISG电机连接有ISG电机ECU，ISG电机ECU与矿用隔爆蓄电池组相连，矿用隔爆蓄电池组还与电池管理系统BCM和防爆电机ECU相连，测功机与测功机控制系统连接，防爆电机输出端与第二转矩转速传感器相连，第二转矩转速传感器通过第二离合器与耦合器的另一个输入端连接，防爆电机与防爆电机ECU连接，机械式自动变速器与机械式自动变速器 ECU连接，防爆制动器与液压系统连接，液压系统与液压系统控制单元连接，发动机ECU、ISG电机ECU、电池管理系统BCM、防爆电机ECU、第一转矩转速传感器、第二转矩转速传感器、机械式自动变速器 ECU、液压系统控制单元和测功机控制系统通过CAN-bus总线与计算机总控制台连接，防爆柴油发动机与发动机辅助系统连接。

进一步的，还包括油耗仪，油耗仪与防爆柴油机发动机连接，油耗仪通过CAN-bus总线与计算机总控制台连接。

进一步的，还包括尾气排放仪，尾气排放仪与防爆柴油机发动机连接，尾气排放仪通过CAN-bus总线与计算机总控制台连接。

进一步的，发动机辅助系统由发动机排烟系统、电保护系统、发动机供油设备和冷却水循环系统组成。

本发明的有益效果是：本发明通过对第一离合器、第二离合器以及防爆ISG电机工作状态的选择，可以实现串联驱动模式、ISG单轴并联驱动模式、双轴并联驱动模式和混联驱动模式的试验，为研究混合动力无轨胶轮车驱动性能、部件性能和整车控制策略等方面提供了可行的试验台架，能够为将来混合动力无轨胶轮车的产品化提供可靠的实验数据。

附图说明

图1为本发明系统结构图；

图2为本发明发动机辅助系统结构示意图；

图3为本发明试验台架测试系统功能模块结构示意图。

图中：1、防爆柴油发动机，2、防爆ISG电机，3、第一转矩转速传感器，4、第一离合器，5、防爆电机，6、第二转矩转速传感器，7、第二离合器，8、耦合器，9、机械式自动变速器，10、防爆制动器，11、惯性飞轮组，12、升速箱，13、第三离合器，14、测功机，15、油耗仪，16、尾气排放仪，17、发动机ECU，18、ISG电机ECU，19、矿用隔爆蓄电池组，20、电池管理系统BCM，21、防爆电机ECU，22、机械式自动变速器 ECU，23、液压系统，24、液压系统控制单元，25、测功机控制系统，26、CAN-bus总线，27、计算机总控制台，28、发动机辅助系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台，包括防爆ISG电机2集成在防爆柴油发动机1主轴上，防爆ISG电机2输出端与第一转矩转速传感器3相连，第一转矩转速传感器3通过第一离合器4与耦合器8一个输入端连接，耦合器8为双轴并联耦合器，耦合器8的输出端与机械式自动变速器 9输入端相连，机械式自动变速器9输出端与防爆制动器10一端相连，防爆制动器10另一端和惯性飞轮组11相连，第三离合器13与测功机14连接，惯性飞轮组11与第三离合器13之间还设有升速箱12，惯性飞轮组11用于对混动无轨胶轮车进行惯量模拟，防爆制动器10用于对惯性飞轮组11进行制动，第三离合器13用于控制测功机14同升速箱12转轴间的断开和连接；防爆柴油机发动机1还连接有发动机ECU 17，用于控制防爆柴油机发动机1，防爆ISG电机2连接有ISG电机ECU 18，ISG电机ECU 18控制防爆ISG电机2，ISG电机ECU 18与矿用隔爆蓄电池组19相连，矿用隔爆蓄电池组19还与电池管理系统BCM 20和防爆电机ECU 21相连，测功机14与测功机控制系统25连接，测功机14的加载控制通过测功机控制系统25进行控制和参数采集；防爆电机5输出端与第二转矩转速传感器6相连，第二转矩转速传感器6通过第二离合器7与耦合器8的另一个输入端连接，防爆电机5与防爆电机ECU 21连接，防爆电机ECU 21用于控制防爆电机5；矿用隔爆蓄电池组19用于防爆ISG电机2与防爆电机5的电源或能量储存装置，矿用隔爆蓄电池组19的荷电状态等由电池管理系统BCM 20管理控制；机械式自动变速器 9与机械式自动变速器 ECU 22连接，防爆制动器10与液压系统23连接，液压系统23与液压系统控制单元24连接，防爆制动器10配套液压系统23及液压系统控制单元24，用于防爆制动器10的液压制动；发动机ECU 17、ISG电机ECU 18、电池管理系统BCM 20、防爆电机ECU 21、第一转矩转速传感器3、第二转矩转速传感器6、机械式自动变速器 ECU 22、液压系统控制单元24和测功机控制系统25通过CAN-bus总线26与计算机总控制台27连接，计算机总控制台27对本发明整体进行测量和控制，防爆柴油发动机1与发动机辅助系统28连接，发动机辅助系统28用于辅助防爆柴油发动机1工作运行。

本发明可以实现以下几种混合模式试验：

（1）串联驱动模式试验：第一离合器4断开，第二离合器7闭合，防爆柴油发动机1带动防爆ISG电机2发电，通过ISG电机ECU 18将电能储存在矿用隔爆蓄电池组19中，矿用隔爆蓄电池组19再带动防爆电机5运转的工作模式。

（2）ISG单轴并联驱动模式试验：第一离合器4闭合，第二离合器7断开，防爆柴油发动机1与防爆ISG电机2可以分别单独运转，也可以同时运转，实现最常见的ISG单轴并联驱动模式试验。

（3）双轴并联驱动模式试验：第一离合器4闭合，第二离合器7也闭合，此模式中，防爆ISG电机2不工作，防爆柴油发动机1和防爆电机5可以分别单独运转，也可以同时运转，使其动力在耦合器8处耦合，然后输出动力进行试验。

（4）混联驱动模式试验：防爆ISG电机2作为发电机使用，此时试验平台既可以实现串联驱动模式、也可以实现双轴并联驱动模式，还可以在防爆柴油发动机1和防爆电机5并联驱动试验时，防爆ISG电机2运转发电，此时防爆柴油发动机1的一部分动能用来发电，并通过ISG电机ECU 18储存在矿用隔爆蓄电池组19中。

为了使得本发明能够更加贴近真实情况，增设油耗仪15和尾气排放仪16，油耗仪15和尾气排放仪16均与防爆柴油机发动机1连接，油耗仪15和尾气排放仪16均通过CAN-bus总线26与计算机总控制台27连接。

如图2所示，作为本发明的进一步改进，发动机辅助系统28由发动机排烟系统、电保护系统、发动机供油设备和冷却水循环系统组成，发动机排烟系统采用高温排烟风机、不锈钢柔性管以及尾气处理装置等设备，对柴油发动机排放的尾气进行处理，并排放至实验室外，减少室内空气污染；电保护系统采用天地电保护、SMC气路接头等措施，对防爆柴油发动机1进行电保护；发动机供油设备是柴油发动机重要的辅助设备，包括油箱、手动加油机等，保证柴油发动机的供油，使发动机正常运转；冷却水循环系统由水泵、冷却塔、冷却水池等组成，对防爆柴油机的进行降温、散热处理。

如图3所示：本混合动力防爆无轨胶轮车试验台架通过计算机总控制台27控制整个台架系统的运行，总体包括数据测量、数据加工、数据存储、参数控制、系统管理；数据测量主要是通过各传感器、测功机14等对防爆柴油发动机1、电机的转速、扭矩、功率、温度、功率因素以及电机电压、电流和其他测量参数进行数据采集；数据加工是将采集的数据参数进行加工处理，得出报警、实时曲线、历史曲线、数据显示、参数记录和试验过程参数设置；数据存储是将数据测量的结果进行存储；参数控制是将控制相应的参数：转速、扭矩、温度、功率因素、数据记录和实验过程工况控制，来控制防爆柴油发动机1，电机的运行，完成相应的混合动力实验项目，整个台架系统通过系统管理模块，进行软硬件的升级与维护，使试验台稳定工作，系统管理包括测量参数管理、报警参数管理、外围设备管理和其他参数测量。

Claims

1.一种柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台，其特征在于，防爆ISG电机（2）集成在防爆柴油发动机（1）主轴上，防爆ISG电机（2）输出端与第一转矩转速传感器（3）相连，第一转矩转速传感器（3）通过第一离合器（4）与耦合器（8）的输入端连接，耦合器（8）为双轴并联耦合器，耦合器（8）的输出端与机械式自动变速器（9）输入端相连，机械式自动变速器（9）输出端与防爆制动器（10）一端相连，防爆制动器（10）另一端和惯性飞轮组（11）相连，第三离合器（13）与测功机（14）连接，惯性飞轮组（11）与第三离合器（13）之间还设有升速箱（12），防爆柴油机发动机（1）还连接有发动机ECU（17），防爆ISG电机（2）连接有ISG电机ECU（18），ISG电机ECU（18）与矿用隔爆蓄电池组（19）相连，矿用隔爆蓄电池组（19）还与电池管理系统BCM（20）和防爆电机ECU（21）相连，测功机（14）与测功机控制系统（25）连接；

防爆电机（5）输出端与第二转矩转速传感器（6）相连，第二转矩转速传感器（6）通过第二离合器（7）与耦合器（8）的另一个输入端连接，防爆电机（5）与防爆电机ECU（21）连接，机械式自动变速器（9）与机械式自动变速器 ECU（22）连接，防爆制动器（10）与液压系统（23）连接，液压系统（23）与液压系统控制单元（24）连接；

发动机ECU（17）、ISG电机ECU（18）、电池管理系统BCM（20）、防爆电机ECU（21）、第一转矩转速传感器（3）、第二转矩转速传感器（6）、机械式自动变速器 ECU（22）、液压系统控制单元（24）和测功机控制系统（25）通过CAN-bus总线（26）与计算机总控制台（27）连接，防爆柴油发动机（1）与发动机辅助系统（28）连接。

2.根据权利要求1所述的一种柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台，其特征在于，还包括油耗仪（15），油耗仪（15）与防爆柴油机发动机（1）连接，油耗仪（15）通过CAN-bus总线（26）与计算机总控制台（27）连接。

3.根据权利要求2所述的一种柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台，其特征在于，还包括尾气排放仪（16），尾气排放仪（16）与防爆柴油机发动机（1）连接，尾气排放仪（16）通过CAN-bus总线（26）与计算机总控制台（27）连接。

4. 根据权利要求3所述的一种柴电混合动力井下无轨胶轮车试验平台，其特征在于，所述的发动机辅助系统（28）由发动机排烟系统、电保护系统、发动机供油设备和冷却水循环系统组成。