我国煤炭开采整体地质条件趋于复杂,煤炭开采安全保障体系亟待升级和发展。根据国家煤炭行业高质量发展要求,智能化是煤矿建设的核心技术支撑,煤炭开采保障体系需要向精确化、透明化、智能化方向发展。煤炭企业顺应国内智能网联汽车的发展趋势,正逐步将矿用辅助运输设备向智能化、电动化方向升级改造。井下柴油机胶轮车存在尾气污染严重、防爆性能差等突出缺陷。论文以提升现有矿井辅运设备工作经济性、安全性为出发点,着手矿用柴油机胶轮车电气化改造,为提高胶轮车的制动能量回馈效率并改善对井下工况的适应性,将从以下方面展开研究:(1)依据矿用车辆动力、经济性参数完成电动动力系统匹配。对矿用胶轮车行驶过程中整车受力状态进行分析;对动力系统的经济性、动力性指标进行评价;对常规电机、电池的特点进行对比;依据整车动力匹配目标,利用公式计算得出初步的电机参数、传动比和动力电池组参数。根据匹配结果,基于AVL-Cruise软件建立胶轮车整车仿真模型,并从最高车速、最大爬坡度、加速性能和续驶里程四个方面验证了动力匹配的合理性。(2)验证重载、长坡度工况时低速车辆再生制动的必要性。针对国内井下电动胶轮车制动能量回馈效率较低的缺陷,利用MATLAB/Simulink搭建完整的目标电动胶轮车的整车模型,设计基于PI算法的驾驶员模型,并制定电机驱动与制动再生、能量管理相关策略。以附加王家岭煤矿辅运巷道坡度工况的低速美国城市道路循环工况(LUDDS)为目标工况,进行整车性能仿真,对整车模型的可靠性进行验证,对比、分析不同运行条件下的电池SOC、电耗值和续驶里程。结果表明,电动胶轮车在低速、频繁启停以及附加坡度工况下配置再生制动功能,可使续驶里程有明显提升;当平均坡度较小时,频繁启停是影响续驶里程的主要因素。(3)基于电机效率Map的最优车速控制。根据井下行驶路线相对固定,且具备长上、下坡和频繁启停的工况特点,为提高电机的工作效率,提出一种基于电机效率Map的最优速度控制方法。首先,利用混动台架测定电机效率Map;其次,结合实时车辆状态和坡度信息分别对加速、匀速和再生制动阶段进行策略制定;最后,利用整车模型进行能耗对比和电机工况点分布的测定。仿真结果表明,基于最优速度控制策略,在平均速度提升22%的基础上,能耗降低9.3%;76.44%的电机工况,其效率值高于94%。从原理上验证了最优速度控制策略不仅能降低能耗,且一定程度上提高工作效率,并为固定路段、极限工况行驶车辆的智能、无人化驾驶提供了参考方案。(4)完成基于最优速度控制的LabVIEW上位机监控系统的搭建。根据监控系统需求选择飞思卡尔汽车级单片机MC9S12,基于AltiumDesigner软件进行最小系统电路、信号采集电路和通信电路的设计,并完成了PCB电路板的制作。根据前文控制策略搭建的Simulink模型,配置目标单片机的底层驱动模块并生成C代码,经CodeWarrior编译后烧录至单片机。利用动态链接库文件格式的VirtualCANInterface函数库搭建LabVIEW上位机监控系统。最后,利用单片机采集路况、车辆状态相关模拟信号,完成运算后,将数据经CAN总线电路和USB-CAN总线适配器传输到上位机端,并完成速度输出测试和车辆状态监测。