CN110920375A - 一种多轮驱动履带车辆的电驱动系统及其控制方法 - Google Patents

一种多轮驱动履带车辆的电驱动系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多轮驱动履带车辆的电驱动系统及其控制方法，轮毂电驱动装置布置于主动轮轮毂内构成电动主动轮，并布置于车体外，节省了大量的车内空间；所述电驱动系统具有四个相同的电动主动轮，在满足功率之和最小的条件下解算优化模型，得到左右两侧轮毂电机的输出扭矩，可保证合理的分配各轮毂电机输出扭矩，使其效率最高，实现电驱动系统能量利用最大化。

Description

一种多轮驱动履带车辆的电驱动系统及其控制方法
技术领域
本发明属于混合动力车辆技术领域，具体涉及一种多轮驱动履带车辆的电驱动系统及其控制方法。
背景技术
为了实现功率最优匹配，提高传动效率，最大限度的利用能源，并提升车辆战场生存能力，多轮驱动履带车辆的驱动方案得到了诸多学者的研究。目前的驱动系统方案主要有两种：一种是将诱导轮替换为主动轮，一个电机驱动一个主动轮，实现四轮驱动，电机布置于车体内，但是占用车体空间太多；另一种是在负重轮内安装电机，将其变为动力输出点，再由两个安装于车体内的电机分别驱动两侧主动轮，实现多轮驱动，但电动负重轮依靠与履带之间的摩擦来传递动力，损耗较大，控制复杂，能量利用率低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种轮驱动履带车辆的电驱动系统及其控制方法，可以实现多轮驱动履带车辆驱动系统车内空间占有最小化及能量利用最大化。
一种轮驱动履带车辆的电驱动系统，包括传动综合控制器、四个电动主动轮及其对应的四个变流控制器；
所述电动主动轮包括轮毂电驱动装置(2)及主动轮(1)；所述轮毂电驱动装置(2)布置于主动轮(1)的轮毂内；
所述电动主动轮的变流控制器从履带车辆的高压直流母线上获得电能，并传递给对应的轮毂电驱动装置(2)；
履带车辆的传动综合控制器根据加速踏板开度信号及方向盘总线信号解算四个轮毂电驱动装置(2)的控制信号，并经由四个变流控制器分别发给各个轮毂电驱动装置(2)，用于控制轮毂电驱动装置(2)，继而控制主动轮(1)的转动。。
较佳的，所述四个轮毂电驱动装置(2)壳体通过焊接方式或螺栓与主动轮(1)的轮毂连接。
进一步的，所述轮毂电驱动装置(2)包括轮毂电机(3)、变速机构(4)和制动器(5)，轮毂电机(3)的输出轴连接变速机构(4)的输入轴。
一种轮驱动履带车辆的电驱动系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤S1：根据加速踏板开度及方向盘转角计算左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和以及右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和：
Figure BDA0002264579430000021
Figure BDA0002264579430000022
Figure BDA0002264579430000023
式中，
Figure BDA0002264579430000024
为进行限幅前左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，
Figure BDA0002264579430000025
为进行限幅前左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，TL为左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，TR为右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，Sa为加速踏板开度，Ss为方向盘转角，并且左转为正，右转为负，sign为符号函数，TmaxL为左侧轮毂电机在当前转速下可输出的最大扭矩，TmaxR为右侧轮毂电机在当前转速下可输出的最大扭矩：
Figure BDA0002264579430000026
式中，Pmax为轮毂电机最大功率，ne为轮毂电机额定转速，nmax为轮毂电机最高转速，nL为左侧两个轮毂电机当前转速，nR为右侧两个轮毂电机当前转速；
步骤S2：根据轮毂电机效率特性及左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和分配左前及左后两个轮毂电机分别应该输出的扭矩，使输入左侧两个轮毂电机的功率之和最小，解下述优化模型可以得到左前及左后两个轮毂电机应输出扭矩：
Figure BDA0002264579430000031
式中，TLF为左前轮毂电机应输出扭矩，TLR为左后轮毂电机应输出扭矩,J为优化目标函数，η为电机的效率函数；
步骤S3：根据轮毂电机效率特性及右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和分配右前及右后两个轮毂电机分别应该输出的扭矩，使输入右侧两个轮毂电机的功率之和最小，解下述优化模型可以得到右前及右后两个轮毂电机应输出扭矩：
Figure BDA0002264579430000032
式中，TRF为右前轮毂电机应输出扭矩，TRR为右后轮毂电机应输出扭矩；
步骤S4：根据挡位信号确定传动综合控制器发送到各变流控制器的轮毂电机扭矩控制指令：
Figure BDA0002264579430000033
式中，TLFcon为左前轮毂电机扭矩控制指令，TLRcon为左后轮毂电机扭矩控制指令，TRFcon为右前轮毂电机扭矩控制指令，TRRcon为右后轮毂电机扭矩控制指令。
本发明具有如下有益效果：
本发明技术方案提供了一种多轮驱动履带车辆的电驱动系统及其控制方法，轮毂电驱动装置布置于主动轮轮毂内构成电动主动轮，并布置于车体外，节省了大量的车内空间；所述电驱动系统具有四个相同的电动主动轮，在满足功率之和最小的条件下解算优化模型，得到左右两侧轮毂电机的输出扭矩，可保证合理的分配各轮毂电机输出扭矩，使其效率最高，实现电驱动系统能量利用最大化。
附图说明
图1为一种多轮驱动履带车辆的电驱动系统方案原理图。
图2为一种多轮驱动履带车辆的电驱动系统布置简图。
图3为电动主动轮方案简图。
图4为实施例中电动主动轮结构简图
图5为轮毂电机转速-扭矩-效率图。
图6为轮毂电机在700r/min及2000r/min下的扭矩-效率曲线。
其中，1-主动轮，2-轮毂电驱动装置,3-轮毂电机，4-变速机构，5-制动器。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种多轮驱动履带车辆的电驱动系统，如图1和2所示，包括传动综合控制器、四个相同的电动主动轮及其对应的四个相同的变流控制器；
所述电动主动轮包括轮毂电驱动装置2及主动轮1；将一对诱导轮替换为主动轮1，所述轮毂电驱动装置2布置于主动轮1的轮毂内，并将所述四个轮毂电驱动装置2壳体通过焊接方式或螺栓与主动轮1的轮毂连接，通过设置止口进行限位。
所述轮毂电驱动装置2由轮毂电机3、变速机构4和制动器5组成，轮毂电机3的输出轴连接变速机构4的输入轴。
所述电动主动轮的变流控制器从高压直流母线上获得电能，并传递给对应的轮毂电机3。
履带车辆的传动综合控制器根据加速踏板开度信号及多功能方向盘总线信号解算四个轮毂电机控制信号，并通过通信总线发送到四个变流控制器，用于控制轮毂电驱动装置2，继而控制主动轮1的转动。
所述电驱动系统的控制方法包括以下步骤：
步骤S1：根据加速踏板开度及方向盘转角(从多功能方向盘发出的总线信号获取)计算左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和以及右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和：
Figure BDA0002264579430000051
Figure BDA0002264579430000052
Figure BDA0002264579430000053
式中，
Figure BDA0002264579430000054
为进行限幅前左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，
Figure BDA0002264579430000055
为进行限幅前左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，TL为左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，TR为右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，Sa(0≤Sa≤1)为加速踏板开度，Ss(-1≤Ss≤1)为方向盘转角，并且左转为正，右转为负，sign为符号函数，TmaxL为左侧轮毂电机在当前转速下可输出的最大扭矩，TmaxR为右侧轮毂电机在当前转速下可输出的最大扭矩：
Figure BDA0002264579430000056
式中，Pmax为轮毂电机最大功率，ne为轮毂电机额定转速，nmax为轮毂电机最高转速，nL为左侧两个轮毂电机当前转速，nR为右侧两个轮毂电机当前转速。
步骤S2：根据轮毂电机效率特性及左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和分配左前及左后两个轮毂电机分别应该输出的扭矩，使输入左侧两个轮毂电机的功率之和最小，解下述优化模型可以得到左前及左后两个轮毂电机应输出扭矩：
Figure BDA0002264579430000061
式中，TLF为左前轮毂电机应输出扭矩，TLR为左后轮毂电机应输出扭矩,J为优化目标函数，η为电机的效率函数。
步骤S3：根据轮毂电机效率特性及右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和分配右前及右后两个轮毂电机分别应该输出的扭矩，使输入右侧两个轮毂电机的功率之和最小，解下述优化模型可以得到右前及右后两个轮毂电机应输出扭矩：
Figure BDA0002264579430000062
式中，TRF为右前轮毂电机应输出扭矩，TRR为右后轮毂电机应输出扭矩。
步骤S4：根据挡位信号(从多功能方向盘发出的总线信号获取)确定传动综合控制器发送到各变流控制器的轮毂电机扭矩控制指令：
Figure BDA0002264579430000063
式中，TLFcon为左前轮毂电机扭矩控制指令，TLRcon为左后轮毂电机扭矩控制指令，TRFcon为右前轮毂电机扭矩控制指令，TRRcon为右后轮毂电机扭矩控制指令。
实施例
为解决现有技术的问题，本实施例提供了基一种多轮驱动履带车辆的电驱动系统及其控制方法。轮毂电驱动装置的轮毂电机、减速机构及制动器通过一体化集成设计，可以共用壳体，使所述轮毂电驱动装置结构更加紧凑，体积更小，质量更轻。驱动装置布置于车体外，节省了大量的车内空间。提出的电驱动系统控制方法可以合理的分配四个轮毂电机输出扭矩，使其效率最高，实现电驱动系统能量利用最大化。
所述电驱动系统包括传动综合控制器、四个相同的电动主动轮及其对应的四个相同的变流控制器；
所述电动主动轮包括轮毂电驱动装置2及主动轮1；所述轮毂电驱动装置2布置于主动轮1的轮毂内，通过螺栓与主动轮进行连接固定，通过设置止口进行限位；将一对诱导轮替换为主动轮，并将所述四个轮毂电驱动装置壳体通过焊接方式或螺栓与车体连接。
所述轮毂电驱动装置2由轮毂电机3、减速机构4和制动器5组成，所述轮毂电机3的输出轴连接减速机构4的输入轴。
所述减速机构3包括两个行星排，左侧行星排太阳轮与轮毂电机输出轴相连，左侧行星排齿圈固定不动，左侧行星排行星架与右侧行星排太阳轮相连，右侧行星排齿圈固定，右侧行星排行星架作为轮毂电驱动装置的输出端与所述主动轮1相连。
所述电动主动轮的变流控制器从高压直流母线上获得电能，并传递给对应的轮毂电机。
所述传动综合控制器根据加速踏板开度信号及多功能方向盘总线信号解算四个轮毂电机控制信号，并通过通信总线发送到四个变流控制器。
所述电驱动系统的控制方法包括以下步骤：
步骤S1：根据加速踏板开度及方向盘转角(从多功能方向盘发出的总线信号获取)计算左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和以及右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和：
Figure BDA0002264579430000071
Figure BDA0002264579430000072
Figure BDA0002264579430000073
式中，
Figure BDA0002264579430000074
为进行限幅前左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，
Figure BDA0002264579430000075
为进行限幅前左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，TL为左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，TR为右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，Sa(0≤Sa≤1)为加速踏板开度，Ss(-1≤Ss≤1)为方向盘转角，并且左转为正，右转为负，sign为符号函数，TmaxL为左侧轮毂电机在当前转速下可输出的最大扭矩，TmaxR为右侧轮毂电机在当前转速下可输出的最大扭矩：
Figure BDA0002264579430000081
式中，Pmax为轮毂电机最大功率，ne为轮毂电机额定转速，nmax为轮毂电机最高转速，nL为左侧两个轮毂电机当前转速，nR为右侧两个轮毂电机当前转速。
步骤S2：根据轮毂电机效率特性及左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和分配左前及左后两个轮毂电机分别应该输出的扭矩，使输入左侧两个轮毂电机的功率之和最小，解下述优化模型可以得到左前及左后两个轮毂电机应输出扭矩：
Figure BDA0002264579430000082
式中，TLF为左前轮毂电机应输出扭矩，TLR为左后轮毂电机应输出扭矩,J为优化目标函数，η为电机的效率函数。
步骤S3：根据轮毂电机效率特性及右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和分配右前及右后两个轮毂电机分别应该输出的扭矩，使输入右侧两个轮毂电机的功率之和最小，解下述优化模型可以得到右前及右后两个轮毂电机应输出扭矩：
Figure BDA0002264579430000083
式中，TRF为右前轮毂电机应输出扭矩，TRR为右后轮毂电机应输出扭矩。
步骤S4：根据挡位信号(从多功能方向盘发出的总线信号获取)确定传动综合控制器发送到各变流控制器的轮毂电机扭矩控制指令：
Figure BDA0002264579430000091
式中，TLFcon为左前轮毂电机扭矩控制指令，TLRcon为左后轮毂电机扭矩控制指令，TRFcon为右前轮毂电机扭矩控制指令，TRRcon为右后轮毂电机扭矩控制指令。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种轮驱动履带车辆的电驱动系统，其特征在于，包括传动综合控制器、四个电动主动轮及其对应的四个变流控制器；
所述电动主动轮包括轮毂电驱动装置(2)及主动轮(1)；所述轮毂电驱动装置(2)布置于主动轮(1)的轮毂内；
所述电动主动轮的变流控制器从履带车辆的高压直流母线上获得电能，并传递给对应的轮毂电驱动装置(2)；
履带车辆的传动综合控制器根据加速踏板开度信号及方向盘总线信号解算四个轮毂电驱动装置(2)的控制信号，并经由四个变流控制器分别发给各个轮毂电驱动装置(2)，用于控制轮毂电驱动装置(2)，继而控制主动轮(1)的转动。。
2.如权利要求1所述的一种轮驱动履带车辆的电驱动系统，其特征在于，所述四个轮毂电驱动装置(2)壳体通过焊接方式或螺栓与主动轮(1)的轮毂连接。
3.如权利要求1所述的一种轮驱动履带车辆的电驱动系统，其特征在于，所述轮毂电驱动装置(2)包括轮毂电机(3)、变速机构(4)和制动器(5)，轮毂电机(3)的输出轴连接变速机构(4)的输入轴。
4.一种如权利要求3所述的系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：根据加速踏板开度及方向盘转角计算左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和以及右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和：
Figure FDA0002264579420000011
Figure FDA0002264579420000012
Figure FDA0002264579420000013
式中，
Figure FDA0002264579420000014
为进行限幅前左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，
Figure FDA0002264579420000015
为进行限幅前左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，TL为左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，TR为右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和，Sa为加速踏板开度，Ss为方向盘转角，并且左转为正，右转为负，sign为符号函数，TmaxL为左侧轮毂电机在当前转速下可输出的最大扭矩，TmaxR为右侧轮毂电机在当前转速下可输出的最大扭矩：
Figure FDA0002264579420000021
式中，Pmax为轮毂电机最大功率，ne为轮毂电机额定转速，nmax为轮毂电机最高转速，nL为左侧两个轮毂电机当前转速，nR为右侧两个轮毂电机当前转速；
步骤S2：根据轮毂电机效率特性及左侧两个轮毂电机应输出扭矩之和分配左前及左后两个轮毂电机分别应该输出的扭矩，使输入左侧两个轮毂电机的功率之和最小，解下述优化模型可以得到左前及左后两个轮毂电机应输出扭矩：
Figure FDA0002264579420000022
式中，TLF为左前轮毂电机应输出扭矩，TLR为左后轮毂电机应输出扭矩,J为优化目标函数，η为电机的效率函数；
步骤S3：根据轮毂电机效率特性及右侧两个轮毂电机应输出扭矩之和分配右前及右后两个轮毂电机分别应该输出的扭矩，使输入右侧两个轮毂电机的功率之和最小，解下述优化模型可以得到右前及右后两个轮毂电机应输出扭矩：
Figure FDA0002264579420000023
式中，TRF为右前轮毂电机应输出扭矩，TRR为右后轮毂电机应输出扭矩；
步骤S4：根据挡位信号确定传动综合控制器发送到各变流控制器的轮毂电机扭矩控制指令：
Figure FDA0002264579420000031
式中，TLFcon为左前轮毂电机扭矩控制指令，TLRcon为左后轮毂电机扭矩控制指令，TRFcon为右前轮毂电机扭矩控制指令，TRRcon为右后轮毂电机扭矩控制指令。
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