電傳動推土機多電機耦合驅動系統綜述

叢元英

（長春工業大學人文信息學院，吉林 長春 130122）

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

1 電傳動系統的驅動結構研究

電傳動系統的驅動結構是電傳動推土機研究中的一個基礎問題，由于電傳動推土機動力傳動系統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構形式，而不同的布置結構形式對電傳動推土機的動力學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動技術方案中驅動電機通過含有多行星排差速轉向裝置進行驅動，充分有效地發揮了機、電綜合優勢。目前國內外對此類技術方案研究中，主要以多電機驅動系統機電耦合特性、多電機同步協調控制策略、履帶轉向動力學模型等方面的研究為主。

2 機電系統耦合問題研究

機電系統耦合問題研究方面，國內外研究者普遍將機電系統按功能或具體的結構可分解成若干個機電子系統，從而抽象出相對簡單的機電耦合關系，將一般機電系統的機電耦合劃分為3類：①電機的定子，轉子通過電磁場發生的機電耦合；于原動機，發電機及控制裝置發生的機電耦合；③原動機，工作機及控制裝置發生的機電耦合。三類機電耦合又劃分為若干子系統，之間既相互獨立又相互聯系，共同作用實現機電系統的各項功能。

機電系統耦合問題也可以分別從局部與全局耦合關系對高速電主軸與永磁精密驅動系統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、多參數耦合現象，獲得了全局和局部的機電耦合關系。

3 履帶車輛轉向理論研究

近年來，履帶車輛轉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向牽引力、制動力、轉向阻力矩、轉向半徑及角速度等計算的表達式，但計算過程復雜，需要數值算求解。隨著履帶車輛速度的顯著提高和轉向機構設計技術的發展，對非穩態轉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，未考慮轉向機構的影響，模型的輸入也基本都不是真正的駕駛操縱輸入。

4 多電機協調控制策略研究

在多電機協調控制策略方面，近年來，學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電池的SOC時恒功率低于最小值時發動機工作，當SOC高于設定最大值時發動機不工作，在此期間，電池需要滿足瞬態高功率放電需求。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，然而其復雜的結構和控制原理極少的用于推土機等工程機械。近年來，有學者用功率跟隨控制策略，對混合動力輪式挖掘機驅動進行研究，研究表明，這種控制方法能夠有效改善動力系統的燃油經濟性和動作穩定性。參數優化也是功率跟隨控制策略的重要研究內容之一，因為參數匹配是多電機協調精確控制的重點，通常遺傳算法有著顯著的全局優化和并行計算能力，已廣泛地應用到了多個領域。

5 結語

縱觀近年來推土機電傳動技術的發展，對其行駛普遍都是采用電機轉速控制，但為了保證電流環的平滑防止超調保護，有必要對轉速指令作平滑處理。而對電機目標轉速的平緩給定，必然帶來轉向響應慢的問題。隨著研究的不斷深入，對推土機作業性能要求的不斷提高，研究轉入對電機進行轉矩控制，以提高轉向響應速度。由于履帶車輛轉向模型是關于轉向角速度、轉向半徑以及滾動阻力系數、轉向阻力系數的多輸入多輸出非線性系統，電傳動推土機的轉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配合是電傳動推土機動力學控制的重要問題。

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

［2］ 李王洪濤.履帶車輛差速轉向載荷比受軟土地面條件影響的實驗研究［D］.哈爾濱：東北農業大學，2014.