浅析特种车辆多轮分布式电驱动系统设计

0引言

随着现代动力技术的不断发展，很多新型的动力型式也被广泛的应用到车辆生产过程当中，并在其中发挥着非常积极的作用。纵观车辆动力发展的整个历程，未来车辆的发展也必然是以电传动车辆为主。混合动力技术作为一种新型车辆动力技术，在现阶段车辆发展过程中发挥着非常积极的过渡作用，将其应用到特种车辆工程当中，通过采用多轮混合动力分布式电驱动技术，可以更好的发挥出特种车辆多轮独立驱动这一优势[1]。随着近年来社会的不断发展和进步，特种车辆多轮分布式电驱动系统也越来越成为了特种车辆工程发展过程中非常重要的一个方向。

1分布式电驱动系统概述

尽管现阶段特种车辆的类型以及应用存在着较大的差异，但是其相关原理基本相似，尤其是动力型式。以6×6特种车辆为例，这类特种车辆的分布式电驱动系统一般是由发电机组及控制器、电动轮边总成及其控制器、整流器、动力电池组及其管理系统、整车控制器组成。在实际的系统运行过程中，其主要的通过采用CAN总线技术来实现对于整车控制单元以及电控部件的能量管理以及动力分配控制工作[2]。除此之外，发电机、整流器以及发动机构成汽车发电机组，并与动力电池组一同为整车驱动提供其所需要的能量。

2驱动系统控制模块设计研究

驱动控制模块作为多轮分布式电驱动系统中较为重要的组成部分，其存在的主要作用为：根据整车控制命令，通过对电机及其控制系统的驱动，将电能转化为机械能，进而驱动车辆运行，并在车辆制动运行时，将车辆动能再生为电能，然后将电能反馈至动力电池组中，最终实现车辆的再生制动。因此，在进行驱动控制模块设计时，应做好以下工作。

首先选择合适的驱动电机及其控制系统。一般来说，在进行驱动电机及其控制系统选择时，不仅要考虑其具有较强的动态制动和能量回馈特性，还应具备转速及效率较高、启动转矩大、调速范围宽、质量及体积较小等特点，只有这样，才能有效的保证多轮分布式电驱动系统的安全稳定运行。简单来说，对于驱动电机及控制系统而言，其电机应有着较宽的调速范围，电机最高转速应高于2倍基速，并且可以进行四象限工作；其次，做好电机的选择工作，对于特种车辆而言，其无论是在车辆形式还是应用方面都与普通车辆有着较大的差异，电机作为驱动控制模块中较为重要的一部分，在进行驱动控制模块设计时，做好电机的选择也是其中非常重要的一项工作，一般来说，特种车辆多轮分布式电驱动系统驱动模块对于电机的要求为应具有良好的转矩过载能力以及功率过载能力[3]，也就是说，转矩峰值应高于2倍的转矩值，功率峰值应高于1.5倍的额定功率值，不仅如此，在转矩及功率过载的情况下，工作时间还应长于5min，因此，在进行驱动模块中电机选择时，也应严格按照具体的要求进行选择。

3特种车辆整车控制模块设计研究

对于特种车辆多轮分布式电驱动而言，要想实现传统车辆的相关功能，例如驱动力分配、差速以及转向等等，其中最为关键的技术就是整车控制技术。在特种车辆多轮分布式电驱动系统中，传统汽车的相关功能均由整车控制器来实现。因此，在进行整车控制模块设计时，为了保证整车性能最佳，应做好驱动扭矩协调控制设计、电子差速设计以及开发新型制动能量回收算法等相关工作，在这些工作共，驱动扭矩协调控制设计是所有工作中

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作者简介:葛仲杰（1985-），男，山东临沂人，工程师，本科，主要研究方向为多轴线特种车辆、节能新型电驱取代传统

液压驱动、钢结构有限元分析、运动机构的运动分析、

车辆控制模块设计与分析。

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浅析特种车辆多轮分布式电驱动系统设计

葛仲杰

（上海电力环保设备总厂有限公司，上海200444）

摘要:特种车辆作为一种特别重要的车辆类型，在促进社会发展以及方便人们生产生活方面发挥着非常积极的意义。随着现阶段对于汽车动力驱动技术研究的不断深入，使得越来越多的新型的动力技术被光放的应用到车辆生产过程当中。而对于特种车辆而言，由于其相对于普通车辆有着较大的差异，因此，要想真正的发挥出特种车辆多轮独立驱动这一优点，其中非常重要的一个途径就是加大对于分布式电驱动相关技术的研究。基于此，本文对特种车辆多轮分布式电驱动系统设计进行了探讨。

关键词:特种车辆；分布式驱动；混合动力；电驱动

Internal Combustion Engine&Parts

的重中之重[4]。

在进行多轮分布式电驱动整车扭矩协调控制相关设

计时，应从以下几点出发，做好相应的设计工作。

第一，做好直线行驶控制设计工作，一般来说，在多

轮分布式电驱动特种车辆于水平良好路面直线行驶过程

中，由于不需要差速，因此，在进行行驶过程中，只需要对

各个驱动轮的驱动力矩进行平均分配，就可以保证车辆

左右车轮转速保持一致，进而实现车辆的的平稳运行。在

这一过程，相关设计人员应根据据特种车辆具体的行驶

要求以及驱动目标来对驱动轮数进行确定，然后进行相

应的动力系统设计，现阶段常见的动力系统为前驱、后驱

以及全驱三类。

第二，为转矩协调控制设计工作。对于转矩协调控制

技术而言，其作为重要的作用就是保证两驱动轮间的协调

运转，其主要功能为单电机转矩控制、多电机同步协调控

制以及整车轮或者车轴间的动力协调等。因此，在进行转

矩协调控制设计工作时，其中非常重要的一项工作就是建

立驱动力分层控制系统，一般来说，该控制系统分为3层，

分别为上层驱动力及横摆力矩制定层、中层多目标优化驱

动力分配层以及下层滑转率控制层，这三层模块相互联系

且相互独立，对于保证转矩协调控制系统的积极作用有着

非常积极的作用。

第三，就是差速控制系统。一般来说当特种车辆转向

时，其前后左右车轮地转过的距离并不相等，如果不对其

车轮进行有效的控制，极易出现各类事故发生，只有外侧

车轮转速大于内侧车轮转速，前轮转速大于后轮转速，才

能真正意义上实现特种车辆转向过程中无滑移平稳转向。

就现阶段特种车辆而言，其整车控制模块差速控制方法有

两种，一种为以整车质心速度和方向盘转角为参考，根据

每个车轮绕转向中心的线速度对车轮所需的电机转速进

行确定，然后通过电机控制器发出指令实现对于电机转速

的调节，进而实现每个电机输出转矩的合理分配；一种为

以输入的整车速度与方向盘转角为参考，对驱动电机进行

转矩制定控制，使得各个车轮可以自适应差速，最终实现

对于差速的控制[5]。但是随着现阶段科学技术的的不断发展，转速控制法也被应用于整车电差速过程当中。

4特种车辆驾驶员操纵模块设计研究

驾驶员操纵系统作为特种车辆多轮分布式电驱动系

统中较为重要的部分，在保证车辆动力性能以及提升驾驶

员对于多轮分布式电驱动水平有着非常积极的意义。在进

行特种车辆驾驶员操纵模块设计时，应做好以下几个方面

的工作。

第一，系统上下电模式管理工作，在实际的车辆运行

过程中，可以通过对于点火钥匙位置的判断来确定驾驶员

开钥匙的意图，因此，在设计过程中，应对车辆钥匙位置、

低压上电时序以及高压上电过程进行定义，而对于车辆钥

匙位置而言，需要设计4种位置状态，即：OFF、ACC、ON、START[6]；第二，动力总成系统工作模式管理，在对综合控制系统进行设计时，应保证控制系统可以通过车辆不同的

状态来确定车辆的具体运行模式，此外，还应对不同运行

模式间的转换以及管理进行有效的确定；第三，加速意图，在对特种车辆驾驶员操纵模块进行设计时，应根据加速踏板的动作变化来确定驾驶员的驾驶意图，并根据车辆驱动电机的驱动能力来对加速踏板的开度进行设计；第四，转向意图，汽车方向盘作为车辆转向系统中由驾驶员直接操纵的部分，其方向盘转角的大小将会直接对车辆操纵的稳定性产生影响，因此，在进行转向操纵系统设计时，应保证车辆转向系统可以对方向盘转角动作进行识别，只有这样，才能保证驾驶过程中的安全和稳定；第五，制动意图，在进行车辆制动系统设计时，应根据制动踏板的特性，结合驾驶员制动意图，来对制动踏板位移最佳参数进行确定，这样一来，可以在较大程度上提升驾驶员的操纵水平。

5特种车辆能量管理模块设计研究

由于特种车辆多轮分布式电驱动系统往往会涉及到多个供电及用电单元，因此，在对其能力管理模块进行设计时，只有对个动力部件的算法进行科学合理的控制，才能真正意义上实现对于车辆电能的分配管理以及系统控制，最终保证车辆性能的良好性。在实际的设计过程中，应根据驾驶员的实际操作以及车辆运行状态来对车辆工作模式进行确定，然后根据具体的工作模式给予其相应的电能分配与控制[7]。除此之外，控制系统还应对回馈信息以及驾驶员输入信号进行采集，进而完成对于动力蓄电池以及电机驱动系统的控制，实现各部件之间的协同合作，以此来保证车辆良好的性能。

综上所述，随着现阶段对于现代动力学研究的不断深化，一种新型的动力型式被广泛的应用到特种车辆动力驱动当中，也就我们常说的多轮混合动力分布式电驱动型式，这种动力型式不仅具有结构简单、节约车辆空间以及布置灵活的诸多优点，还可以充分的发挥出特种车辆多轮独立驱动这样一巨大优势，对于促进特种车辆工程的发展有着非常积极的意义。本文以分布式电驱动系统为基础，结合现阶段特种汽车发展现状，对其驱动控制、整车控制、驾驶员操纵以及能力管理模块设计进行了分析和研究。但是由于我国对该技术的研究依然处于起步阶段，其相关技术依然存在着一定的缺陷，只有结合社会的发展以及实际需求，不断加强对于特种车辆多伦分布式电驱动系统的研究，才能真正的实现我国特种车辆工程的长效发展。

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