一种分布式永磁八驱动电动单轨吊行驶控制方法

本发明涉及井下辅助运输单轨吊机车领域，具体是一种分布式永磁八驱动电动单轨吊行驶控制方法。

背景技术：

1、作为矿山交通运输领域重要的辅助运输系统相应地也被提出了更高的要求。辅助运输系统中单轨吊始终在巷道顶板的工字钢轨道上运行，有效克服了巷道底部恶劣环境的影响，因此，凭借着其优异地运输性能在辅助运输系统具有不可替代的地位。但随着单轨吊使用的普及，一些弊端也暴露了出来，在一些连续弯道复杂路段如何有效保障车辆行驶的安全性和降低车辆的能耗成为了当前亟需破解的难题。现有相关控制方法均需要获取精准的行驶状态参数从而进行车辆控制，现有单轨吊机车在行驶过程时，基于传感设备的感知情况和人员对路况的判断进而对车辆进行操控，以保证单轨吊的安全行驶。

2、但是针对现有方案，在上坡、弯道及下坡等路段，人工操作会导致驱动系统驱动扭矩分配不均匀，无法实现各驱动系统的精准控制，在车辆行驶过程中，容易产生车体较大的晃动和能量损失，对现有矿井单轨吊的安全驾驶造成很大影响，并导致了能量不必要的浪费。

技术实现思路

1、本发明为克服上述现有技术中单轨吊基于行驶状态无法高效精准地协控分布式驱动系统问题，提供一种分布式永磁八驱动电动单轨吊行驶控制方法，该方法的优点是根据当前行驶路况的需求扭矩，以车辆驱动系统总效率及节能为控制目标制定了车辆控制方法，针对不同工况启动不同的车辆驱动模式，产生各驱动系统所需的驱动及制动扭矩，实现各驱动永磁电机扭矩的合理分配，提高了车辆行驶的稳定性和能量使用效率。

2、本发明实现发明目的采用如下技术方案：一种分布式永磁八驱动电动单轨吊行驶控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

3、步骤1：基于八驱电动单轨吊的结构参数及速度传感器感知数据，如减速比、驱动轮半径和速度等信息求出永磁电机的最高及额定转速。然后整车控制器将采集的人员操控信息、速度及加速度信息，经车载can总线传输至控制处理单元中心处理器处理后，可精准地计算得到整车驱动系统的总需求功率、总需求扭矩及各驱动系统永磁电机所需的扭矩。

4、步骤2：八驱电动单轨吊主要工况有小坡度轻载，小坡度重载及大坡度轻载等三种工况，基于感知的车辆速度及电池soc等状况，结合电机扭矩传感器采集的输出扭矩，以驱动系统总效率最大值为目标函数，以各轴的扭矩分配系数为变量，在控制处理单元建立扭矩优化分配数学模型，确定了各驱动部的分配系数，保证了各驱动部扭矩分配的合理性。

5、步骤3：单轨吊基于当前的速度、输出扭矩及电池soc等信息，通过所建立的扭矩分配数学模型，制定了以车辆驱动系统总效率及节能为控制目标的多工况控制方法，该控制方法针对单轨吊不同的行驶工况制定最佳的驱动模式，协调控制整车电机扭矩进行动态分配及合理制动，保证了各驱动系统控制的精准性。

6、进一步，所述步骤1中，所求得电机的最高转速和额定转速为：

7、永磁同步电机最高转速为：

8、

9、式中：nmax为电机最高转速，r/min；vmax为整车最高车速，km/h；i0为减速器速度比；r为驱动轮半径，m。

10、电机的额定转速为：

11、

12、式中：n0为电机额定转速，r/min；β为恒功率扩大系数。

13、进一步，所述步骤1中，八驱电动单轨吊的动力源为前、中1、中2、后轴8个永磁电机，驱动电机的功率之和应满足整车在不同工况下的功率需求。一般由15min最高车速确定电机额定功率ph1，电机最大功率pmax应同时满足整车最高车速、最大爬坡和0-7.2km/h加速时间的功率需求。单轨吊驱动电机总需求功率为：

14、

15、式中：ph1、ph2、ph3分别为整车最高速度、最大爬坡和7.2km/h的加速时间所需的电机功率，kw；pmax为电机最大功率，kw；ηt为电机效率；m为整车质量，kg；f为滚动阻力系数；imax为最大爬坡度，％；vp为爬坡车速，km/h；δ为旋转质量换算系数；t为0～7.2km/h的加速时间，s；va为加速终了的速度，km/h。

16、由整车满载爬坡工况确定电机最大总需求扭矩为：

17、

18、式中：θ为单轨吊的轨道爬坡角度，°；tmax为电机总需求扭矩，nm；为单轨吊纵向加速度，γ为惯性系数，(n·s2)/(m·kg)；r为驱动轮半径,m；r为承载轮半径,m；i0为当前爬坡度，％。由上述计算，可得到驱动电机总需求最大功率和最大扭矩分别为128.32kw，13600nm。

19、电机额定扭矩为：

20、

21、式中ph1为电机额定功率，kw。

22、通过上述公式求出动力源总的需求功率和扭矩后，因单轨吊为分布式驱动，所以需确定各独立永磁电机的具体参数。各驱动部以稳定性优良状况为原则，得到单轨吊在前进时各驱动轴单个电机参数为：前轴、中轴及后轴的永磁电机额定转速均为2600r·min-1；前轴电机最大扭矩为1170nm，中轴1与中轴2的最大扭矩均为1600nm，后轴的最大扭矩为2,430nm；单机最大功率为16.04kw。

23、作为优选，在所述步骤2中，以驱动系统总效率最大值为目标函数，以各轴的扭矩分配系数为变量，建立扭矩优化分配数学模型，确定各驱动部的分配系数。定义前轴、中轴1、中轴2和后轴的电机扭矩分配系数分别为kf、km1、km2和kr，计算公式为：

24、

25、式中：tf为前轴电机扭矩，nm；tm1为中轴1电机扭矩，nm；tm2为中轴2电机扭矩，nm；tr为后轴电机扭矩，nm。由于电机效率与转速和效率有关，从而得到转速为n，扭矩为t时的电机效率函数ηf(n，tf)；同理可得中轴1、中轴2和后轴电机的效率函数分别为ηm1(n,tm1)、ηm2(n,tm2)和ηr(n,tr)。整车驱动系统在驱动模式下的总效率为：

26、

27、式中：treq为整车需求扭矩，nm；n为电机转速，r/min；ηd永磁电机驱动系统总效率函数。整车驱动系统在制动模式下的总效率为：

28、

29、以上目标函数的约束条件为：

30、

31、式中：tfmax、tm1max、tm2max、trmax分别为当前转速下前轴、中轴1、中轴2及后轴电机的外特性扭矩，nm。

32、作为优选，在所述步骤3中，根据以上求得的驱动系统及制动系统特性制定了扭矩分配控制方法，首先通过判断操作手柄是否为启动信号，当检测到启动信号时车辆进入驱动模式根据驾驶需求扭矩进行扭矩的分配。如果主令控制器手把启动，当超过紧急制动上限值时，为保障制动及时性有限采用机械制动，另外当车辆电量较低或车速很低时，也采取机械制动，当车速超过最低限值，电池soc未超过上限值时，仅采取电制动，提高能量回收率。如果电制动扭矩不足，才进行机械制动控制，进行联合制动。

33、本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：本发明提供的基于一种分布式永磁八驱动电动单轨吊行驶控制方法，通过车载传感器采集行驶信息并计算得到当前车辆控制参数，结合通过整车控制器获知的驾驶信息，求得当前车辆行驶所需的驱动扭矩，并建立扭矩分配模型，通过以安全性和节能为目标的控制方法，产生各驱动部所需扭矩。该控制方法更加精准和高效，提高了单轨吊的安全性和减少了能量的损耗。