[發明專利]一種應用于機械外骨骼的混合動力系統及最優控制方法

在審

• 申請號: 201610026013.5
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105564530A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 陳寧;劉爽;彭偉;馬云龍;譚亞敏;王琨;何磊;徐東旭
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;B60K6/36
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 32220
• 代理人: 朱海東

技術領域

本發明涉及一種混合動力系統，尤其涉及一種應用于機械外骨骼的混合動力系統及最優控制方法，屬于動力系統領域。

背景技術

基于煤礦工作環境的惡劣條件，個體環境控制系統的核心難點是人體承重能力與環控系統重量之間的矛盾，而機械外骨骼是突破這一矛盾的有效途徑。

利用機械外骨骼的功用，解決煤礦深部開采的熱害防護，粉塵和瓦斯防護，同時外骨骼具有救生氧氣呼吸系統，很大程度上可以減輕人員勞動負荷，對于建設安全、高效的煤礦開采環境具有十分重要意義，同時也為我國能源產業的穩步推進提供有力支持。

機械外骨骼的研究難點又在于其動力系統的研究。目前國內外機械外骨骼的動力系統主要以蓄電池供電，在同樣的質量和尺寸下，與液體燃料汽油相比，蓄電池的能量密度較低，動力性明顯不足，使得外骨骼移動范圍和負重重量受到蓄電池的容量和效率的限制。然而，如果單純用液體燃料替換蓄電池供電，由于煤礦井下作業環境的較為復雜性，易使得發動機常在低速或是怠速情況下運轉，難以滿足煤礦井下作業多種工況下的能量需求，并且發動機的燃油經濟性較差，尾氣排放量大。因此，如何配備持久高效且能滿足煤礦井下作業多種工況下的能量需求的機械外骨骼動力系統是急需解決的問題。

發明內容

根據現有技術的不足，提供一種應用于機械外骨骼的混合動力系統及最優控制方法，該系統實現了能源的長期高效供給，同時也滿足了機械外骨骼應對各種作業工況的供能需求。

本發明按以下技術方案實現：

一種應用于機械外骨骼的混合動力系統，該系統為并聯式動力系統，所述并聯式動力系統包括機械動力傳輸系統，電力傳輸系統和液壓油傳輸系統；所述機械動力傳輸系統包括汽油機和電動機，所述汽油機和電動機分別與混合動力變速器相連，汽油機和電動機既能單獨向混合動力變速器提供動力又能共同向混合動力變速器提供動力；所述電力傳輸系統包括發電機和轉換系統，所述發電機與混合動力變速器相連，發電機通過轉換系統向電動機提供電源；所述液壓油傳輸系統包括油泵和傳動系統，所述油泵與混合動力變速器相連，油泵通過傳動系統向機械外骨骼提供動力。

所述轉換系統包括逆變器和蓄電池，所述逆變器與發電機相連后又與蓄電池相連，所述蓄電池與電動機相連。

所述蓄電池采用鋰電池。

所述傳動系統包括伺服閥和油缸，所述伺服閥與油泵連接后又與油缸相連，所述油缸與機械外骨骼相連。

還包括油箱和蓄能器，所述油箱與油泵相連，所述蓄能器與油泵相連后又與伺服閥相連。

所述汽油機通過離合器Ⅱ與混合動力變速器相連；所述電動機通過離合器Ⅰ與混合動力變速器相連。

所述混合動力變速器包括兩塊側板，所述兩塊側板之間通過套筒間隔安裝有軸承Ⅰ，軸承Ⅱ和軸承Ⅲ，所述軸承Ⅰ上安裝有齒輪Ⅰ，所述軸承Ⅱ上安裝有同軸的齒輪Ⅱ和齒輪Ⅲ，所述軸承Ⅲ上安裝有齒輪Ⅳ，所述齒輪Ⅰ通過皮帶Ⅰ與齒輪Ⅱ相連接傳輸構成一級減速，所述齒輪Ⅲ通過皮帶Ⅱ與齒輪Ⅳ相連接傳輸構成二級減速。

所述一級減速的減速比為3，所述二級減速的減速比為4，所述軸承Ⅰ上還安裝有飛輪，起到儲存部分能量，穩定轉速的作用。

一種機械外骨骼的混合動力系統的最優控制方法，將汽油機作為混合動力系統的主驅動源,電力驅動系統作為混合動力系統的輔助驅動源，根據電動機電流的變化，通過電動機電流的反饋作用，即將反饋電流值作為開啟與關閉汽油機的開關信號，這樣電動機對汽油機的輸出轉矩能夠起到削峰填谷的作用；然后利用最小二乘法擬合實驗數據，通過多組實驗數據得到擬合公式，最后利用擬合的函數多項式求極值得到混合度，通過多組實驗數據得到的擬合公式為：

。

當混合度為0.33時，電動機的峰值功率與汽油機的峰值功率比為1：3，混合動力系統效率最高，節油率最大。

本發明原理：