新型轮履复合车辆动力系统匹配设计.pdf

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1、2014年9月农机化研究第9期新型轮履复合车辆动力系统匹配设计吴兴，侍才洪，康少华，黄林，张西正(1．天津理上大学机械工程学院，天津300384；2．军事交通学院军事物流系，天津300161；3．军事医学科学院卫生装备研究所，天津300161)摘要：提出一种新型轮履复合变体轮行走机构，在对其进行动力学分析的基础上，对变体轮改装的某国产全地形车进行了四轮独立电驱动系统参数匹配设计。结合Recurdyn和Matlab／Simulink平台建立了基于电机转矩控制的联合仿真模型，分别对轮、履式的极限工况下的驱动性能进行了分析。通过国内首台轮履复合原理样车的实车实验，验证了匹配方案及虚拟

2、样机模型的合理性，为轮履复合车辆的后续研究及同类型行走机构车辆的设计研究提供了依据。关键词：轮履复合；参数匹配；电机驱动；联合仿真中图分类号：S219．2文献标识码：A文章编号：1003—188X(2014)09—0065—070引言轮履复合车辆是一种新型的技术，它融合轮式和履带式车辆的特点，具有较高的机动性和通过性能。动力系统的参数匹配设计直接影响着该车辆的动力性能，是其充分发挥轮履复合优势的保障。轮履复合图1轮履复合变体轮车辆参数匹配时不仅要考虑轮式形态的机动性能，还变体轮在轮式和履带式形态下的受力情况是不同需兼顾履式行驶的越障性能。的，如图2所示。假设履带节与驱动主轮不打

3、滑，且为此，首先对轮履复合机构进行了动力学分析，考虑变体轮设计速度不高，行驶中空气阻力及加速阻对轮履复合车辆动力系统进行了参数匹配；在此基础力忽略不计。上，利用Recurdyn和MATLAB／Simulink建立了轮履车1)如图2(a)所示，当变体轮收缩为轮式形态时，的联合仿真分析模型，对其在轮、履不同形态下的极履带节包裹着驱动主轮一起做纯滚动，且履带可变形限工况进行了仿真测试，验证所设计的驱动系统匹配量较小，变体轮的滚动半径近似为驱动主轮半径与履方案是可行的。带层厚度之和。可将变体轮类似于普通轮胎进行分析。即，1变体轮特点及整车传动方案驱动力轮履复合变体轮结构主要由驱动主轮、

4、辅助轮、M而oiorlo(】)=伸展臂、履带以及传动机构等组成，如图1所示。在路况较好时，伸展臂收缩在轮内，变为轮形，速度相对较行驶阻力高，可以实现较好的机动性；当路况恶劣时，其变体轮F，=F，+F(2)展开伸展臂将履带撑开为三角履带式，提高通过性和其中，为滚动阻力，=mg厂}cos；F为坡越障能力。行驶中，动力通过传动轴传至驱动主轮，度阻力，F=mgsina；m为整车总质量(kg)；f{21为,然后传至履带，履带与地面的摩擦力使得车辆前进。履带与地面滚阻系数，、为公路及野外滚阻系数；为总传动比；为坡度。收稿日期：2013—09—272)如图2(b)所示，伸展臂展开后，变体轮呈

5、三角基金项目：军事医学科学院创新基金项目(2012CXJJ007)作者简介：吴兴(1988一)，男，江西鄱阳人，硕士研究生，(E—mail)形，成为“自携轨道”式行走机构。在行驶过程中，履wuxing880130@126．COlll。带节在驱动主轮前方铺成“轨道”，二者通过摩擦传动通讯作者：康少华(1959一)，女，西安人，教授，博士生导师，(E—mail)z56787@sohu．corn使车辆前进。此时履带节看作“道路”部分，变体轮的·65·农机化研究第9期野平均车速；m为机械传动总效率，77=771．叩、时，由于电机调速范围较宽，所以选定电动机最高转叼分别为牵引电机到变体轮

6、驱动主轴问的传动效率速为3000r／min，取r／qnex／n=3，可得到额定转速为以及变体轮自身效率。1000r／rain。2)峰值功率。峰值功率应保证车辆短时的大功2．1．3电机转矩选择率需求。如本节前文所述，轮履复合车辆的极限工况单个电机的额定转矩可由式(9)确定，得额定转主要体现在履带式下野外爬坡及转向工况等，所需功矩为7．2N·II1。有率较大且持续时间较短。PT=9550er(9)(1)根据

7、L况②计算电机的峰值功率，则n一，，)峰值转矩以满足②、③两种极限l[况的力矩需求Pm⋯“=—3l6m0ax0]7u／i=。3_6007／(+Fi+4F)(6)、‘，‘，来计算

8、。即满足履式形态下的行驶要求。根据下式(2)通过对变体轮实验观察及分析可知，轮履车可得峰值转矩为38N·1TI。在履式下转向时转向阻力矩较大；尤其是车辆静止状≥(FⅢ)态原地中心转向时，内外侧电机的输出功率很大。所(10)以，根据工况③计算电机的峰值功率为≥c++FqFma~2us(F，+t_zo2mgLo+)(7)P⋯：==360-0r／T2．2传动比的选取其中，为平坦公路上轮式形态的最高车速轮履复合车辆须同时满足轮式及履式双重形态下(km／h)；为履式形态下爬越坡度为OL时的行驶速的行驶