[发明专利]一种应用于机械外骨骼的混合动力系统及最优控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合动力系统，尤其涉及一种应用于机械外骨骼的混合动力系统及最优控制方法，属于动力系统领域。

背景技术

基于煤矿工作环境的恶劣条件，个体环境控制系统的核心难点是人体承重能力与环控系统重量之间的矛盾，而机械外骨骼是突破这一矛盾的有效途径。

利用机械外骨骼的功用，解决煤矿深部开采的热害防护，粉尘和瓦斯防护，同时外骨骼具有救生氧气呼吸系统，很大程度上可以减轻人员劳动负荷，对于建设安全、高效的煤矿开采环境具有十分重要意义，同时也为我国能源产业的稳步推进提供有力支持。

机械外骨骼的研究难点又在于其动力系统的研究。目前国内外机械外骨骼的动力系统主要以蓄电池供电，在同样的质量和尺寸下，与液体燃料汽油相比，蓄电池的能量密度较低，动力性明显不足，使得外骨骼移动范围和负重重量受到蓄电池的容量和效率的限制。然而，如果单纯用液体燃料替换蓄电池供电，由于煤矿井下作业环境的较为复杂性，易使得发动机常在低速或是怠速情况下运转，难以满足煤矿井下作业多种工况下的能量需求，并且发动机的燃油经济性较差，尾气排放量大。因此，如何配备持久高效且能满足煤矿井下作业多种工况下的能量需求的机械外骨骼动力系统是急需解决的问题。

发明内容

根据现有技术的不足，提供一种应用于机械外骨骼的混合动力系统及最优控制方法，该系统实现了能源的长期高效供给，同时也满足了机械外骨骼应对各种作业工况的供能需求。

本发明按以下技术方案实现：

一种应用于机械外骨骼的混合动力系统，该系统为并联式动力系统，所述并联式动力系统包括机械动力传输系统，电力传输系统和液压油传输系统；所述机械动力传输系统包括汽油机和电动机，所述汽油机和电动机分别与混合动力变速器相连，汽油机和电动机既能单独向混合动力变速器提供动力又能共同向混合动力变速器提供动力；所述电力传输系统包括发电机和转换系统，所述发电机与混合动力变速器相连，发电机通过转换系统向电动机提供电源；所述液压油传输系统包括油泵和传动系统，所述油泵与混合动力变速器相连，油泵通过传动系统向机械外骨骼提供动力。

所述转换系统包括逆变器和蓄电池，所述逆变器与发电机相连后又与蓄电池相连，所述蓄电池与电动机相连。

所述蓄电池采用锂电池。

所述传动系统包括伺服阀和油缸，所述伺服阀与油泵连接后又与油缸相连，所述油缸与机械外骨骼相连。

还包括油箱和蓄能器，所述油箱与油泵相连，所述蓄能器与油泵相连后又与伺服阀相连。

所述汽油机通过离合器Ⅱ与混合动力变速器相连；所述电动机通过离合器Ⅰ与混合动力变速器相连。

所述混合动力变速器包括两块侧板，所述两块侧板之间通过套筒间隔安装有轴承Ⅰ，轴承Ⅱ和轴承Ⅲ，所述轴承Ⅰ上安装有齿轮Ⅰ，所述轴承Ⅱ上安装有同轴的齿轮Ⅱ和齿轮Ⅲ，所述轴承Ⅲ上安装有齿轮Ⅳ，所述齿轮Ⅰ通过皮带Ⅰ与齿轮Ⅱ相连接传输构成一级减速，所述齿轮Ⅲ通过皮带Ⅱ与齿轮Ⅳ相连接传输构成二级减速。

所述一级减速的减速比为3，所述二级减速的减速比为4，所述轴承Ⅰ上还安装有飞轮，起到储存部分能量，稳定转速的作用。

一种机械外骨骼的混合动力系统的最优控制方法，将汽油机作为混合动力系统的主驱动源,电力驱动系统作为混合动力系统的辅助驱动源，根据电动机电流的变化，通过电动机电流的反馈作用，即将反馈电流值作为开启与关闭汽油机的开关信号，这样电动机对汽油机的输出转矩能够起到削峰填谷的作用；然后利用最小二乘法拟合实验数据，通过多组实验数据得到拟合公式，最后利用拟合的函数多项式求极值得到混合度，通过多组实验数据得到的拟合公式为：

。

当混合度为0.33时，电动机的峰值功率与汽油机的峰值功率比为1：3，混合动力系统效率最高，节油率最大。

本发明原理：