履带爬山机的机电耦合驱动电传动系统发展现状

  为满足大功率履带电传动系统的发展需求,大多采用双流传动型式,转向系统基本采用电机,因此研究的重点应放在直驶部分上。典型代表是德国伦克公司REX系统。履带爬山机混合驱动电传动基于综合电驱动和机械传动优点的理念,一个普通行星排、两台发电/电动机等构建功率分流式混合驱动系统,安装在发动机与传动装置之间,在各种不同的工况下控制两台电动机工作模式和机械传动装置,实现车辆驱动。
履带爬山机的机电耦合驱动电传动系统发展现状
  系统仍然要配置多挡的机械变速箱,有鉴于此混合驱动电传动技术方案还可以 考 虑 通 过 发 动 机 、 多 台 电 机 及 多 排 行 星 排 构 建 电 力 无 级 传 动(Electrically-variable Transmission,简称 EVT)技术方案。此类技术方案在汽车领域早已开展研究,从资料来看,此种方案中以通用汽车在该方面有较多研究,申请专利达几十项。

  方案特点:1)集成了机械驱动和电机驱动两者的优点,采用行星机构进行功率耦合,可以实现纯电驱动、机电复合驱动、发动机单独驱动,传动效率高;2)采用交流永磁同步电动机和发电机,发电机、直驶电机、耦合机构、变速机构和转向电机集成设计,结构紧凑,系统集成程度高;3)可根据车辆路面需求控制电机和发电机的转速或转矩,有利于保证发动机处于最佳燃油经济区;4)直驶急加速或者路面阻力大时,发动机和电动机共同驱动,有利于提高整车的机动性。同时,由于机械功率参加驱动,还可以减小直驶电动机的功率要求。 但是由于车辆行驶工况复杂,对推进系统功率密度要求高,传动速比、变矩比都很大,还需要配置大功率的转向系统,导致系统匹配及各项参数优化和选取中存在很大的难度,对行星变速机构、电机、综合控制策略都要求很高,系统总体结构十分复杂,因此方案实现还存在的较大的技术难度和风险。
履带爬山机的机电耦合驱动电传动系统发展现状
  另一种履带爬山机电传动系统方案的研究方向是进行履带爬山机传动方案的原理创新,通过设计新型转向功率耦合机构,解决履带爬山机转向功率循环问题,提高电机功率利用率。如英国QinetiQ公司的E-X-drive电传动系统,由两台直驶驱动电机、两台小功率的转向电机、中央的可控差速器以及变速机构等组成,通过新型的中央的可控差速器解决了履带爬山机转向再生功率循环的问题,能够降低驱动电机的功率要求,但仍存在转向电机。

  文献提出了一种新型的双电机耦合驱动的履带爬山机电传动系统。一般由两台电机、一个中央功率耦合机构及变速机构等组成。车辆直驶时,与两侧电机独立驱动原理一样,控制两台电机同速。转向时,通过相应的控制算法控制两台电机的转速,通过两台电机的转速差实现车辆预期的转向目标。在履带爬山机内侧履带有再生功率时,通过中央的功率耦合机构将再生功率传递到外侧履带,减少对外侧电机的功率需求。因此,这种传动方案既解决了履带爬山机转向固有问题,又能够很好的实现车辆越野爬坡、正常行驶、转向等功能。同时,从能够充分提高电机的利用率,有效的提高系统的结构紧凑性,降低机械结构尺寸要求。
履带爬山机的机电耦合驱动电传动系统发展现状
  综上所述,双电机独立驱动设计简单,并且在轻型履带爬山机上取得了一些成功的经验,但是车辆转向时,高速侧电机需要约1.7倍的车辆直驶功率,对电动机性能要求较高,不适宜大功率履带爬山机。为此,针对双电机独立驱动的缺点和履带车传动的特点,提出新型的车辆电驱动技术解决方案是一个很好的途径,也十分具有创新研究价值。


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