一种矿车用电驱动系统

技术领域

本发明属于驱动系统技术领域，具体涉及一种矿车用的纯电驱动系统。

背景技术

矿车是大型矿山，大型工程建设中用于运输矿产、沙石物料的一种非公路车辆。主要特点是重载、低速、长时运行，高耗能。电驱动系统能很好的适应于低速重载工况，常用于百吨级以上的矿车车型。随着矿山采选设备的大型化和重型化，对于重型矿用卡车的需求也在增加。

在矿用卡车大型化发展过程中，需要提供更大的载重和自卸时的举升力，因此产生了从传统液力传动系统向电传动系统发展的趋势。目前，使用电传动系统的矿用卡车存在以下缺点：首先，多采用后桥安装驱动桥的驱动系统架构，桥两端各布置一个电驱动轮，无法实现四轮独立驱动，因此，难以适应独立悬架形式。

其次，出于减少零部件数目以提高可维护性以及可靠性的目的，目前采用电驱动桥形式的驱动系统多使用风冷结构，桥壳内强制通风，对两端的电动轮进行冷却，以保证其正常运行。对于这种结构，一方面需要电机采用较粗的电缆以及较大的整体体积以保证较低的磁密度以及热容量来改善整机散热条件，另一方面，为保证冷却风道，驱动桥整体也需要更大的体积；电动矿车在进行整车布置时，此方案无法满足整车需布置更多的电池来获取足够大的续航里程的要求。

再者矿车的无人化发展迅速，前后双向行驶的车辆能更好适应无人化矿车的需求。采用传统驱动系统时，原后轮驱动将变成前轮驱动。矿车属于超大负荷载重车辆，使用前轮驱动，将牵引力不足，影响其载重能力。采用驱动桥的驱动系统架构，其较大的体积无法实现4轮驱动布置，因此在使用上具有较大的局限性。

综上，需要为矿用卡车重新设计能够实现四轮独立驱动的电驱动系统，以实现更高的布置灵活性以及底盘结构的适应性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种矿车用分布式驱动系统，能够更小的占用底盘空间，以利于整车布置更多的电池来增加里程，并且能实现四驱，以满足无人化矿车双向行驶对驱动力的要求。

(二)技术方案

本发明提供一种矿车用分布式驱动系统，包括驱动系统控制器和4个驱动单元，所述驱动系统控制器与各驱动单元连接；每个驱动单元包含电驱动轮、电机控制器和配电箱；4个驱动单元之间互相独立，驱动单元分布式布置，单元间无机械连接，单元内部电驱动轮，每个驱动单元的电机控制器以及配电箱均无刚性机械连接；电机控制器输入端与配电箱连接，电机控制器输出端与电驱动轮连接；每个驱动单元通过电池供电，电池供电通过配电箱供给到电驱动轮。

进一步，各驱动单元独立施加驱动扭矩，驱动控制器根据整车驱动策略与油门开度信号，计算驱动转速和转矩指令，能够实现滑移率控制，偏航纠正，扭矩分配，电制动四项功能。

进一步，每个电驱动轮的驱动电机采用永磁电机，驱动电机和电控制器采用水冷的冷却方式。

进一步，每个电驱动轮的接口和独立悬架适配连接。

(三)有益效果

本发明提供的一种矿车用分布式电驱动系统，应用在某电动无人智慧150吨级矿车上。本发明提供的电驱动系统设计使用空间合理，采用水冷和取消驱动桥后为电池提供了大量的布置空间，增加了电池的布置空间。本发明为四轮均可驱动，解决了车辆换向行驶时，后驱车变为前驱车导致的动力不足的问题。同时，四轮独立驱动，可以实现电动轮间的扭矩分配、驱动滑移率控制、偏航纠正以及电制动功能。

附图说明

图1为该发明的原理布置示意图。

图2为该发明的系统布置图。

图3为电机水冷接口。

图4为悬架接口。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

本发明提供的一种矿车用电动驱动系统。如图1所示，系统包含电动轮1，电机控制器2，驱动系统控制器3。整车控制器基于上层信息，包括驾驶员与行驶规划系统，通过CAN总线下发行驶方向以及行驶需求扭矩信息。电动轮及电机控制器作为驱动制动执行元件，电机控制器根据驱动指令及已有电机标定数据，将高压直流电转化交流电使驱动电机输出需求的转速和转矩。

驱动控制器根据整车驱动策略与油门开度信号，计算驱动转速和转矩指令，能够实现滑移率控制，偏航纠正，扭矩分配，电制动四项功能。

在行驶过程中，整车控制器向驱动系统控制器3反馈车速，电机控制器2向驱动系统控制器3反馈电机转速。驱动控制器3基于以上数据计算得到每个车轮的滑移率。当滑移率波动超出设定范围时，驱动系统控制器修正驱动/制动扭矩指令，使滑移率恢复到设定范围内。保证矿车在矿山行驶过程中具有足够的驱动力/制动力，避免出现因轮胎打滑出现无法行驶或制动距离过小出现危险的情况。

在行驶过程中，整车控制器向驱动系统控制器3发送整车纵向车速、横向车速以及方向盘转角。驱动系统控制器3基于整车纵向与横向车速计算整车偏航角。当方向盘转角小于设定阈值，而整车偏航角波动超出设定范围时，减小或增加单侧电驱动轮的扭矩，向车身施加与偏航方向相反的横摆力矩，纠正整车行驶偏航。

在加速或爬坡过程中，整车控制器向驱动控制器3发送整车纵向加速度或坡度信号。基于以上信号，计算车辆的载荷变化。并基于整车载荷变化数据，更改前后轴驱动扭矩的分配比例。保证加速或爬坡过程中，后轴驱动轮扭矩能够保证使用到后轴车轮的最大附着极限，能够提供足够的驱动力；前轴驱动轮扭矩能够不超过前轴车轮的附着极限，避免出现驱动打滑的情况。

在制动过程中，整车控制器向驱动控制器3发送制动指令，驱动控制器向电机控制器2向电机发送制动扭矩指令。电机给出制动扭矩，与液压制动协同工作。通过电机施加制动扭矩，降低液压制动系统的制动力需求，减小制动卡钳与制动盘的体积与重量。在提升制动效果的同时，减小电驱动轮的总重量。减小簧下质量，提高整车动力学性能。

如图2所示，电动轮和电机控制器作为一个驱动单元，整车布置四个驱动单元，实现四轮驱动。每个驱动单元之间独立布置，无刚性连接关系。每套电机控制器和电动轮之间通过交流高压电气接口，使用电缆将其连接和进行能量传输。电机控制器布置在车架上(簧上)，电动轮布置在车轮内(簧下)，通过悬架将其连接在车身上。电机控制器和驱动电机都使用水冷方式进行冷却。冷却水从冷却水箱流入电机控制器，冷却电机控制器后流入电机，冷却电机后返回冷却水箱。由于电动轮会随着路面情况跳动，因此电机冷却水水管与电机本体间使用螺栓连接的形式，避免跳动带来的连接松动，如图3所示。

电动轮在电机外壳功率输入端，绕电机外壳端面设置螺栓孔，用于与转向立柱连接，并设计止口与转向立柱配合，如图4所示。通过以上连接设计，电驱动轮部分可与任意悬架形式实现机械连接。