电传动车辆永磁轮毂电机技术现状及展望

混合动力电传动是车辆技术研究的重要领域,是未来地面高机动通用平台全电化的基础,而轮毂驱动系统作为轮式车辆的动力核心,轮毂电机的性能尤为关键。概括了轮毂电机技术的国内外发展现状,总结了轮毂电机的发展趋势。基于电传动车辆轮毂电机单元高转矩、宽速域的目标需求,阐述了现存新型永磁电机在轮毂驱动领域的发展前景;归纳了永磁轮毂电机的关键技术问题;展望了电传动车辆永磁轮毂电机系统未来的发展方向。通过对国内外轮毂电机驱动系统理论研究和工程应用的全面综述,以期为未来电传动车辆电机的开发提供参考。     

下一代轮毂驱动技术发展概述

正串联式混合动力(HED)架构可给军用地面平台带来相当多的潜在益处。电驱动轮式车辆可将牵引电机引入常规传动系统,同时也可将电机也引入车桥或轮毂。实现轮毂驱动代表着对设计和整个车辆系统的挑战。但通过克服这些挑战,车辆设计人员即可在车体和悬架设计方面获得大幅提高的自由度,以及可从取消许多机械传动和实现单轮控制中获得其他诸多的益处。     

轮式装甲车辆电驱动轮机电耦合动力学建模与振动特性

为获取轮式装甲车辆电驱动轮机电动力学特性,提出考虑轮毂电机和行星齿轮机构耦合影响的动力学建模与分析方法。基于轮毂电机空间电磁力模型,计算得到电机径向力、切向力和转矩脉动,作为电驱动轮机械系统动态激励;建立考虑柔性壳体的行星齿轮机构动力学模型,实现了轮毂电机及行星齿轮机构机电耦合动力学仿真。结果表明：轮式装甲车辆电驱动轮低阶模态主要是全局模态,高阶模态主要是行星传动系统的局部模态;对于系统振动响应,在低转速区电磁激励的高阶次占主因,而在高转速区低阶次激励占主因。     

电传动装甲车辆母线电压双通道补偿控制

针对电传动装甲车辆突然加速或减速瞬间和加速过程中出现的母线电压波动现象,开展母线电压控制策略研究。基于某型8×8轮式装甲车电力系统拓扑结构,建立计及超级电容和电机负载在内的DC/DC小信号模型,剖析以上两种工况下母线电压波动现象诱因。根据功率前馈控制策略并结合电机驱动器-轮毂电机负载"负阻抗"特性分析,提出一种双通道补偿控制策略并通过硬件在环仿真和样车试验对其有效性进行验证。研究结果表明:功率前馈控制对车辆突然加速或减速诱发的母线电压波动具有较好的抑制作用,但对于加速过程中电机负载"负阻抗"特性导致的母线电压波动基本无作用;采用双通道补偿控制能够有效抑制两种母线电压波动现象,提高系统抗干扰能力。     

轮式车辆电驱动系统参数匹配及性能仿真

根据车辆动力性能指标要求,对轮式车辆电驱动系统进行了参数匹配设计．利用RecyrDyn和Matlab分别建立了某8×8轮式车辆行动部分动力学模型与驱动电机的控制系统模型,通过二者的接口技术实现了两种模型的联合仿真．根据选择的参数对该车动力性能进行了仿真,仿真结果达到了车辆要求的动力性能指标,表明了参数设计的合理及模型的正确,还能够准确的实现负载的动态加载,从而也为轮式车辆电传动技术仿真研究提供了新的技术手段．     

电动汽车用轮毂电机磁热耦合仿真分析

狭小的安装空间和较高的功率密度,使得轮毂电机温升较快、容易损坏,所以,在设计时,需要对轮毂电机的温升特性进行精确的计算.以一台4 kW轮毂电机样机为研究对象,利用Maxwell软件分析了额定工况下,轮毂电机各部件的电磁损耗,在ANSYS温度场求解器中,以磁热耦合的方法,求解了轮毂电机额定工况下的整体温度场分布情况和温升变化规律.以传热学为理论依据,创新性的提出了将轮毂电机的复杂部件进行等效简化处理,并结合散热边界条件计算轮毂电机温升的方法.以试验验证了轮毂电机温度场磁热耦合仿真方法的正确性,表明该计算方法准确高效,可以运用于轮毂电机的整体温升计算中.     

8×8分布式电驱动装甲车辆稳定性直接横摆力矩与转矩矢量控制

为提高车辆的行驶稳定性,发挥轮毂电机驱动的优势,提出一种8×8分布式电驱动轮式装甲车辆直接横摆力矩与转矩矢量控制方法。建立车辆的线性二自由度模型,求得期望横摆角速度和质心侧偏角。设计一种分层控制器：上层控制器为协调横摆角速度和质心侧偏角,采用滑模控制对两个变量的控制输出分别进行计算,并设计加权函数,得到横摆力矩输出;下层控制器将8个车 轮按轴分为4组矢量,根据横摆力矩和纵向力需求,按照转矩矢量合成的方法得到各轮转矩。实时仿真实验结果表明,该控制方法能合理分配车轮转矩,有效控制横摆角速度,提高车辆的行驶稳定性。     

轮毂电机驱动车辆双重转向直接横摆力矩控制

针对某型8轮轮毂电机驱动车辆,设计一种基于直接横摆力矩控制的双重转向控制方法,建立车辆双轨2自由度动力学模型,研究包含滑移转向工况的车辆参考模型,并对滑移转向比采用基于车速与路面附着条件的模糊调节。为平衡横摆角速度控制与质心侧偏角限制之间的矛盾,在控制模型中,以横摆角速度作为直接控制变量,以质心侧偏角作为约束量,采用滑模变结构控制算法计算期望的横摆力矩,横摆力矩分配过程中采用预分配与驱动防滑控制相结合的分配策略。利用硬件在环实时仿真平台对所提出的双重转向控制算法进行分析验证,仿真结果表明：采用双重转向控制,能有效提高车辆转向的机动灵活性和操纵稳定性,对于提高轮式装甲车辆战场生存能力具有重要意义。     

轮式车辆起动电机制动电流和内阻的计算方法

介绍了轮式车辆起动电机制动电流和内阻的计算方法、经验公式参数的选择范围,讨论了计算与选择参数时应考虑的几个关键性问题,实例证明此计算方法正确。     

轮毂电机驱动汽车直接横摆力矩控制研究

根据横摆角速度和质心侧偏角与汽车操纵稳定性之间的关系,以质心侧偏角和横摆角速度为控制目标进行车辆操纵稳定性控制,搭建了整车七自由度模型,通过二自由度模型获取轮毂电机驱动汽车横摆角速度和质心侧偏角的参考值;在此基础上,设计了一种轮毂电机驱动汽车直接横摆力矩控制策略,应用模糊控制方法构建了横摆力矩模糊控制器,得出为保证车辆稳定所需的附加横摆力矩,以轮胎利用率最小为优化目标,进行转矩优化分配,最后通过仿真验证了所提出的控制策略的有效性.     

零差速电传履带车辆整车行驶控制策略研究

针对履带车辆电传动研究和采用较多的零差速电传动方案，对电传动履带车辆的整车行驶控制策略进行了研究，提出了系统控制方案并做了具体的分析。基于电传动与传统传动装置本质上的不同和驾驶操纵的人机适应性，对驾驶信号的定义进行了定性和定量的分析。对驱动电机及其协同控制，提出了直驶电机采用基于有限功率的直接转矩控制、转向电机采用直接转矩控制（小半径转向）和电流矢量控制（大半径转向）双模控制的系统控制方法；并对具体的控制途径进行了描述。最后，基于在Matlab/Simulink下建立的整车行驶系统仿真模型，对车辆加速和转向的动态过程进行了仿真，仿真结果袁明，该控制方案可行并可以使车辆具有良好的加速性能和转向性能。     

Study on Modeling and Control Strategy for Electric Drive Motor of Tracked Vehicles

Aimed at the requirements for electric transmission system of a military tracked vehicle, the motor’s design indexes were analysed and calculated. A model based on saturate inductance parameter of interior permanent magnet (IPM) synchronous motor was brought forward by using finite element analysis. And its control strategy based on the largest running capability was studied also. The experiment results for a scale model show that the modelling method improves the model’s accuracy, and the motor’s control strategy is effective.     

履带车辆零差速电力机械传动系统控制策略研究

针对一种履带车辆零差速电力机械式传动方案,在MATLAB/Simulink中搭建了传动系统中各主要分系统的模型;制定了发动机-发电机组采用功率跟随式控制策略,以及直驶电机和转向电机采用基于功率需求的扭矩控制策略;最后,完成了车辆传动系统在直驶工况和转向工况下的整体仿真分析.研究结果表明:发动机-发电机组采用功率跟随式控制策略时,使发动机在中高转速时的动态响应较好;直驶电机采用扭矩控制策略时,能使车辆的行驶速度达到60 km/h,0～32 km/h的加速时间小于8 s,基本能够满足车辆的速度性能和加速性能,说明该控制策略在理论上是可行的.     

超微型电动机在微小型侦察设备中的应用研究

微机电系统（MEMS）是目前国际上正在发展的新兴学科,超微型电动机是微机电系统中的关键器件,对其实用化技术的研究具有非常重要的意义。文中介绍了其在微小型侦察设备中应用的关键技术。利用AT89C51单片机实现将细分驱动控制技术应用于实时跟踪系统中的直注以于刷电机控制,提高了控制精度,对控制系统的硬件和软件进行了详细分析,研制的系统达到预期的目标。     

基于直线直流电机的无人机发射技术研究

研究将直线直流(DC)电机原理应用于无人机(UAV)发射技术,选择了永磁无刷直线直流电机(PMBLDCM)作为动力源,设计了新概念UAV发射器的模型,对UAV导轨起飞运动学进行了分析。通过实例的计算数据比较,确定了基于PMBLDCM的UAV发射技术是可行的且优点明显。     

轮毂电机全速度范围无位置传感器控制研究

为提高电传动装甲车辆驱动系统的可靠性,研究车辆轮毂电机无位置传感器复合控制技术,并对速度过渡区间的切换方法进行了改进。建立了基于转矩、电流双闭环的永磁同步电机控制系统,基速上、下分别采用弱磁控制和最大转矩电流比控制策略;电机低速区采用简化的脉振高频注入法,中、高速区采用模型参考自适应法,以实现全速度范围内转子位置辨识;采用变权重加权控制切换方法,并改进算法切换过程中两种算法工作区间的选择,在保证辨识精度的同时节省了系统的软、硬件资源。仿真和试验结果表明：无位置传感器复合控制算法能够在全速度范围内准确辨识出转速和转子位置;改进后的切换方法能够保证电机在速度切换区间内实现平滑过渡,保证了电机可靠运行。     

双侧电驱动装甲车辆直驶转矩补偿控制

为解决双侧电机驱动电传动装甲车辆直线行驶时的偏驶问题,提出了基于双侧电机转速差的转矩补偿控制。补偿控制是在保证总的转矩需求不变的情况下,实时检测双侧电机转速,在减小高速侧电机转矩的同时增大低速侧电机转矩克服车辆直线行驶的偏驶。设计了双输入双输出的模糊控制器,实时调整PI控制参数,减小车辆动力系统非线性因素影响。仿真和实车台架及道路试验结果表明：转矩补偿模糊PI控制能实时调整双侧电机转矩输出,保持双侧电机转速相同,实现车辆直线行驶稳定性能。     

基于CPLD和单片机的五相步进电机恒流驱动系统设计

步进电机的运行性能与步进电机的驱动器的优劣密切相关,在研究各种驱动技术的基础上,设计了一个五相步进电机斩波恒流驱动系统,通过单片机使系统以简单的电路实现了对电机绕组电流的数字闭环控制,通过复杂可编程逻辑器件（CPLD）实现了五相步进电机的环形分配。介绍了各部分功能模块的功能,叙述了硬件设计和软件实现。该方案具有体积小、成本低和实用性强等优点,具有较高的工程应用价值。实践证明该方案可以有效地提高五相步进电机系统的运行效果。     

零差速电传动履带车辆转向负载自适应控制策略研究

针对零差速电传动履带车辆,提出了一种包含转速闭环控制的自适应于转向负载的控制策略.通过对转向动力学模型进行等效线性转换,推导了适应模型参考自适应控制基本原理的电机需求转矩计算方程,综合了自适应控制律.对采用转矩控制策略、转速控制策略和自适应控制策略下的3种负载突变转向过程进行了对比仿真.所得结果说明,在应用自适应控制后,地面负载变化时,履带车辆能够获得期望的转向角速度响应.自适应控制策略保持车辆转向稳定性的控制能力优于传统的转矩控制策略和转速控制策略.