電傳動推土機多電機耦合驅(qū)動系統(tǒng)綜述

叢元英

（長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院，吉林 長春 130122）

履帶式推土機是一種廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代土石方施工中的鏟土運輸機械。對比傳統(tǒng)工程車輛存在著能量消耗過大的嚴(yán)重問題，電傳動技術(shù)不僅能有效降低推土機作業(yè)時的排放，還能在作業(yè)時無級變速及無極轉(zhuǎn)向、減少了機械傳動換擋時所產(chǎn)生的沖擊振動、滿足推土機行駛作業(yè)需求的同時為車輛其他系統(tǒng)提供充足的電能供給等。隨著電機技術(shù)、控制技術(shù)、高性能蓄電池技術(shù)及通信技術(shù)的迅速發(fā)展，電傳動技術(shù)將會成為推土機領(lǐng)域的前沿技術(shù)，對電傳動推土機的開發(fā)研究也將成為該領(lǐng)域發(fā)展的新趨勢。

1 電傳動系統(tǒng)的驅(qū)動結(jié)構(gòu)研究

電傳動系統(tǒng)的驅(qū)動結(jié)構(gòu)是電傳動推土機研究中的一個基礎(chǔ)問題，由于電傳動推土機動力傳動系統(tǒng)各主要動力部件之間采用電氣耦合形式的柔性連接，動力部件布置形式靈活多變，所以存在多種布置結(jié)構(gòu)形式，而不同的布置結(jié)構(gòu)形式對電傳動推土機的動力學(xué)特性及牽引性能具有重要影響。

電傳動推土機多電機耦合驅(qū)動技術(shù)方案中驅(qū)動電機通過含有多行星排差速轉(zhuǎn)向裝置進行驅(qū)動，充分有效地發(fā)揮了機、電綜合優(yōu)勢。目前國內(nèi)外對此類技術(shù)方案研究中，主要以多電機驅(qū)動系統(tǒng)機電耦合特性、多電機同步協(xié)調(diào)控制策略、履帶轉(zhuǎn)向動力學(xué)模型等方面的研究為主。

2 機電系統(tǒng)耦合問題研究

機電系統(tǒng)耦合問題研究方面，國內(nèi)外研究者普遍將機電系統(tǒng)按功能或具體的結(jié)構(gòu)可分解成若干個機電子系統(tǒng)，從而抽象出相對簡單的機電耦合關(guān)系，將一般機電系統(tǒng)的機電耦合劃分為3類：①電機的定子，轉(zhuǎn)子通過電磁場發(fā)生的機電耦合；于原動機，發(fā)電機及控制裝置發(fā)生的機電耦合；③原動機，工作機及控制裝置發(fā)生的機電耦合。三類機電耦合又劃分為若干子系統(tǒng)，之間既相互獨立又相互聯(lián)系，共同作用實現(xiàn)機電系統(tǒng)的各項功能。

機電系統(tǒng)耦合問題也可以分別從局部與全局耦合關(guān)系對高速電主軸與永磁精密驅(qū)動系統(tǒng)的機電耦合問題進行研究，提煉并歸納其中存在的多物理過程、多參數(shù)耦合現(xiàn)象，獲得了全局和局部的機電耦合關(guān)系。

3 履帶車輛轉(zhuǎn)向理論研究

近年來，履帶車輛轉(zhuǎn)向理論研究又取得了一定進展，分析了履帶接地段與地面相互作用機理，得到了滑動條件下轉(zhuǎn)向牽引力、制動力、轉(zhuǎn)向阻力矩、轉(zhuǎn)向半徑及角速度等計算的表達式，但計算過程復(fù)雜，需要數(shù)值算求解。隨著履帶車輛速度的顯著提高和轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，對非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向過程的研究提出了要求。履帶車輛自由度模型的建立，使仿真計算時模型得到了簡化，研究中為了得到一些共性的模型，未考慮轉(zhuǎn)向機構(gòu)的影響，模型的輸入也基本都不是真正的駕駛操縱輸入。

4 多電機協(xié)調(diào)控制策略研究

在多電機協(xié)調(diào)控制策略方面，近年來，學(xué)者們提出了各種不同的電傳動車輛的功率分配控制策略，可以大致分為兩類：恒溫器類型和功率跟隨式。其中恒溫器控制策略工作原理為當(dāng)電池的SOC時恒功率低于最小值時發(fā)動機工作，當(dāng)SOC高于設(shè)定最大值時發(fā)動機不工作，在此期間，電池需要滿足瞬態(tài)高功率放電需求。電傳動車輛的恒溫控制策略是將電池和電容作為輔助電源，其控制方法改善了放電效率和電氣部件壽命，然而其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制原理極少的用于推土機等工程機械。近年來，有學(xué)者用功率跟隨控制策略，對混合動力輪式挖掘機驅(qū)動進行研究，研究表明，這種控制方法能夠有效改善動力系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟性和動作穩(wěn)定性。參數(shù)優(yōu)化也是功率跟隨控制策略的重要研究內(nèi)容之一，因為參數(shù)匹配是多電機協(xié)調(diào)精確控制的重點，通常遺傳算法有著顯著的全局優(yōu)化和并行計算能力，已廣泛地應(yīng)用到了多個領(lǐng)域。

5 結(jié)語

縱觀近年來推土機電傳動技術(shù)的發(fā)展，對其行駛普遍都是采用電機轉(zhuǎn)速控制，但為了保證電流環(huán)的平滑防止超調(diào)保護，有必要對轉(zhuǎn)速指令作平滑處理。而對電機目標(biāo)轉(zhuǎn)速的平緩給定，必然帶來轉(zhuǎn)向響應(yīng)慢的問題。隨著研究的不斷深入，對推土機作業(yè)性能要求的不斷提高，研究轉(zhuǎn)入對電機進行轉(zhuǎn)矩控制，以提高轉(zhuǎn)向響應(yīng)速度。由于履帶車輛轉(zhuǎn)向模型是關(guān)于轉(zhuǎn)向角速度、轉(zhuǎn)向半徑以及滾動阻力系數(shù)、轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)，電傳動推土機的轉(zhuǎn)向完全依賴于不同電機輸出力矩的配合，如何通過控制來實現(xiàn)配合是電傳動推土機動力學(xué)控制的重要問題。

［1］ 李濤.電傳動推土機動力學(xué)控制及仿真研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2012.

［2］ 李王洪濤.履帶車輛差速轉(zhuǎn)向載荷比受軟土地面條件影響的實驗研究［D］.哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.