摘 要

本文研究的是对7座纯电动井下指挥车动力与传动系统的设计，其具有的低排放、低噪声、低污染、防爆等优点弥补了目前井下运送人员车辆以柴油机为动力而暴露的众多问题，如污染严重、噪声大、工作效率低等问题。因而，纯电动汽车在煤矿井下的使用将会有十分广大的前景。同时对其动力与传动系统的研究设计也为相关的生产企业提供一个参考，将对我国煤矿资源事业的开展具备着重要的意义。

本文参照丰田汉兰达7座2017款车型，从其传动系统中的部分参数进行了参考，对纯电动井下指挥车的动力与传动系统进行合理的设计，包括对其中的相关参数进行匹配，在满足动力性与经济性（续驶里程）的要求下实现系统参数得到最优化设计。主要内容包括：

（1）就煤矿井下开采环境及运送人员车辆作了主要研究，分析其行驶路况等使设计车辆满足井下应用要求；（2）对纯电动汽车基本构造以及其关键技术作了技术讨论，并设计出车辆动力与传动系统布置方案；（3）在满足其动力性与经济性的要求下选出电机、电池，计算出其相关参数与传动系传动比；（4）依靠ADVISOR软件建立动力与传动系统中各主要部件的仿真模块，对车辆的续驶里程以及动力性进行仿真，分析设计参数是否满足优化条件，如有必要对动力传动系统内各个部件参数进行优化重置，使其满足设计要求，确定动力与传动系统各主要部件的最终参数值。

关键词：动力传动系统；煤矿；纯电动汽车；优化匹配；ADVISOR仿真

Abstract

In this paper, the design of seven seats pure electric underground command vehicle powertrain system, whose low emissions, low noise, low pollution, explosion protection and other advantages make up for the current underground transport vehicles that use diesel engine as the driving force make many problems , such as serious pollution, noise, low efficiency and so on. Therefore, the use of pure electric vehicles in the coal mine will have a very broad prospects. At the same time, the research and design of its powertrain system are also a reference for the related production enterprises, and will also have an important significance on the development of China's coal mine resources.

Based on the 2017 models of the Toyota Highlander, and reference some parameters from its transmission system in this paper, making a proper design to the powertrain of the pure electric underground command vehicle, including the matching of the relevant parameters. And make it meets the requirements of power and economy to come true the system parameters to be optimized design. The main contents include:

(1) making a main research on coal underground mining environment and transport vehicles, and analyzing the vehicle traveling road conditions to meet the download use requirements; (2) making a technical discussion of the basic structure and key technology of pure electric vehicles, and design the arrangement of the vehicle powertrain system; (3) selecting the motor, the battery, and calculated their parameters and the transmission ratio under meeting the power and economy requirements; (4) relying on ADVISOR establish simulation modules about main components of powertrain system, and make simulation to the vehicle's power and driving range, then analysis the design parameters meet the optimization conditions or not. If necessary, make an optimized reset to parameters of main components of the powertrain system, and make them meet the design requirements to determine the final parameters of the main components of the powertrain system.

Key Words：Powertrain system；Coal mine；Pure electric car；Optimize matching；ADVISOR Simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.1.1 国外井下指挥车发展现状及趋势 1

1.1.2 国内井下指挥车发展现状及趋势 2

1.2 纯电动井下指挥车的关键技术研究 2

1.2.1 纯电动井下指挥车的结构原理 2

1.2.2 纯电动井下指挥车的设计要求 3

1.3 本课题研究的目的及意义 4

1.3.1 研究目的 4

1.3.2 研究意义 4

1.4 本课题主要研究内容 4

第2章 纯电动井下指挥车的动力学分析 6

2.1 纯电动井下指挥车的主要参数 6

2.2 纯电动井下指挥车受力分析 7

2.3 纯电动井下指挥车的动力学模型 9

第3章 纯电动井下指挥车动力与传动系统参数匹配设计 10

3.1 整车动力传动系统布置形式 10

3.2 纯电动井下指挥车动力与传动系统的参数设计 13

3.2.1 电动机的选型 13

3.2.2 传动系统传动比的确定 17

3.2.3 蓄电池参数选择 18

第4章 车辆动力与传动系统在ADVISOR下的建模 22

4.1 ADVISOR仿真软件简介 22

4.2 纯电动井下指挥车辆模型的建立 23

4.2.1 纯电动井下指挥车整车仿真模型的建立 23

4.2.2 电机仿真模型的建立 24

4.2.3 蓄电池仿真模型的建立 25

4.2.4 主减速器仿真模型的建立 27

4.2.5 固定速比减速器仿真模型的建立 27

4.2.6 车轮仿真模型的建立 27

第5章 车辆整车性能在ADVISOR下的仿真 30

5.1 车辆仿真循环工况的选择 30

5.2 车辆动力性的仿真 30

5.2.1 车辆动力性在CYC_NYCC工况下的仿真 30

5.2.2 车辆动力性在CYC_UKBUS_MASS_UARI工况下的仿真 33

5.3 车辆续驶里程的仿真 35

第6章 仿真结果分析与参数优化 37

6.1 仿真结果分析与设计要求的比较 37

6.2 参数匹配的优化 37

第7章 动力传动系统的主要部件最终选型 40

第8章 总 结 45

参考文献 46

附录 电动机功率和传动系传动比计算程序及图形表示 47

致 谢 53

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

在世界经济高速发展的今天，随着对能源的需求量越来越多，使得我国在煤矿开采事业的规模不断扩大。但存在一个问题，煤矿井下运送人员车辆采用传统防爆柴油机为动力，使其带来的污染问题越加严重，对井下工作人员的身体健康带来非常大的危害，同时存在噪声大和工作效率低的缺点，这就需要研究一种新能源汽车解决这一问题。以纯电动车辆为代表的新能源型车辆，不仅具备了低排放、低噪声、无污染的优点，并且应用在煤矿井下能改善工作环境，提高工作效率，因此，纯电动汽车应用在煤矿井下受到越来越广泛地关注^[1]。

1.1.1 国外井下指挥车发展现状及趋势

自20世纪80年代以来国外井下运送人员车辆已形成系列化的产品，同时，在20世纪末就展开了对煤矿井下蓄电池车辆的研究，如大马士革和美国江森公司生产的采用交流变频电机技术的防爆蓄电池轻型运人车^[2]。近几年井下指挥车辆的发展重点在动力以及其关键技术方面，在动力方面采用环保无污染的蓄电池组，且其功率较柴油机大，关键技术方面也在积极研究中，并设计研发更加先进的能量管理系统。同时研究和开发的产品更趋向于具有安全环保、可靠性、舒适性等多方面特点。