轮式装甲车电传动系统参数匹配与控制策略的研究

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全电战斗车辆(AECV)是未来军事机动装备的重要发展方向,电传动作为全电战斗的基础,相较于机械传动具有诸多优势,是坦克装甲车辆重要的发展领域。系统仿真分析技术、动力总成参数匹配技术、能量管理与功率分配技术是电传动装甲车辆的关键技术,也是提升装甲车辆战斗性能的重要手段,目前我国对该方面的研究刚刚起步,有必要对其进行深入的研究。本文主要就电传动轮式装甲车的系统建模方法、电传动系统与能源系统的参数设计方法以及整车的能量管理与功率分配策略进行研究。  为了揭示电传动装甲车辆参数匹配的规律、研究系统的控制问题、实现电传动系统性能的优化与预测,本文建立了电传动装甲车仿真模型。仿真模型由6x6全驱动力学模型、复合能源系统模型和驱动系统模型组成,可实现正向仿真和逆向仿真。为了兼顾动态电气特性和仿真设定时间,在CRUISE软件中嵌入修正的MATLAB电机及其控制系统模型,建立了一种宏观微观相结合的电驱动系统模型。该模型可以直接改变电机或控制器的参数来仿真系统的性能,模型方程直接反映了系统的动态性能,解决了目前汽车仿真软件无法看到电机及其控制系统内部参数的变化,以及特性数据必须通过试验获得的缺点。  为解决电传动装甲车电传动系统与能源系统的参数设计问题,本文对装甲车辆战技指标进行分析与研究,得到装甲车对电传动系统在峰值功率、连续功率和能量三方面的需求,在此基础上提出了电传动系统动力总成与复合能源系统参数匹配方法。电传动系统参数匹配方法在满足整车动力性指标要求的前提下,充分考虑装甲车辆用电武器装备对系统的影响,基于扩展转速比的计算,揭示了驱动电机与变速箱内在的联系。复合能源系统设计以储能源的有效能量和功率利用率为出发点进行储能源类型的选择,研究不同组成结构对应的应用范围,采用最优化方法确定复合能源的具体参数。这可以为电传动装甲车的初始设计与系统参数优化提供参考和依据。  为确定电传动轮式装甲车合理而有效的控制策略,提高其战斗性能,并最大限度的降低燃油消耗,对电传动装甲车辆能量管理与功率分配问题进行了分析研究。在对整车电子电气系统电气负载特性分析的基础上,提出了整车能量管理的分级控制策略,并对能源工作模式切换与电气负载的抛切问题进行了研究。针对电传动装甲车的功率分配问题将其分为四种工作模式,在动力模式和战斗模式采用基于规则的能量管理策略,而在静音与经济模式采用基于动态规划最优能量管理策略。这种控制方式在保证装甲车辆战斗性能的同时,使得提高车辆的燃油经济性成为可能。  设计了基于MC9S12DG128的整车控制单元与基于TMS320F2407A的驱动电机控制单元,提出了硬件和软件的设计方案,给出了整车控制策略算法与电机控制算法的软件实现流程。同时对电传动系统进行了实验研究,设计了驱动电机测试平台与复合能源实验平台,验证了本文建立的仿真模型以及提出的功率分配策略的正确性和有效性。
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