基于扁平電機(jī)的輕混式履帶車輛綜合傳動方案

鄒天剛， 閆清東， 蓋江濤， 侯威， 王志濤， 帥志斌， 孫雪巖

(1.中國北方車輛研究所， 北京 100072； 2.北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛學(xué)院， 北京 100081；3.32381部隊(duì)， 北京 100072)

0 引言

因工作環(huán)境惡劣、使用工況復(fù)雜、功能要求多樣，履帶車輛傳動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度高，歷來是世界各國重點(diǎn)研究的技術(shù)方向之一。歷經(jīng)多年的技術(shù)探索，美國、德國、法國、英國等紛紛研制了液力機(jī)械綜合傳動裝置，并廣泛應(yīng)用于履帶車輛中。我國的液力機(jī)械綜合傳動設(shè)計(jì)與制造技術(shù)也已獲得全面突破，形成了系列化液力機(jī)械綜合傳動裝置，但隨著車輛創(chuàng)新發(fā)展的新需求變化，液力機(jī)械綜合傳動裝置在電能供給、功率密度、機(jī)動性能等方面，難以全面滿足需求。

近年來，電傳動技術(shù)的研究逐漸成為車輛傳動技術(shù)研究領(lǐng)域的熱門方向。純電傳動系統(tǒng)主要由電池組、電動機(jī)和控制系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)簡單，但由于應(yīng)用履帶車輛轉(zhuǎn)向工況時(shí)缺乏雙側(cè)電機(jī)共同提供動力驅(qū)動外側(cè)履帶的方法，致使電機(jī)需求功率大，難以滿足體積和質(zhì)量控制的約束條件。為此，人們研究出了機(jī)電復(fù)合傳動方案，有效解決了這一難題[1]。然而，受到現(xiàn)階段電池能量密度不高的制約，尤其是電機(jī)應(yīng)用于高溫、強(qiáng)沖擊振動環(huán)境下，工作壽命與可靠性難以保證，人們又開發(fā)出了重混式傳動裝置，通過機(jī)械和電力復(fù)合方式減小電力驅(qū)動的功率占比，從而緩解電池功率密度不高和電機(jī)壽命難以保證的問題?？傮w而言，電傳動技術(shù)目前仍處于技術(shù)攻關(guān)階段，形成成熟的電傳動產(chǎn)品仍有一些關(guān)鍵技術(shù)需要突破[2]。

與此同時(shí)，液力機(jī)械綜合傳動與電傳動在履帶車輛上呈現(xiàn)出技術(shù)融合、產(chǎn)品組合發(fā)展的趨勢。例如，采用扁平電機(jī)技術(shù)開發(fā)起動發(fā)電一體機(jī)(以下簡稱一體機(jī))，實(shí)現(xiàn)了用扁平電機(jī)瞬時(shí)拖動發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)起動和發(fā)動機(jī)起動后帶動扁平電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電的功能，液力機(jī)械綜合傳動技術(shù)與電傳動技術(shù)發(fā)揮各自所長共同推動了履帶車輛傳動技術(shù)進(jìn)步，但是，一體機(jī)與液力機(jī)械綜合傳動裝置并未在驅(qū)動車輛方面實(shí)現(xiàn)共同工作[3]。

本文通過結(jié)構(gòu)集成優(yōu)化、參數(shù)匹配與機(jī)動性能預(yù)測等研究工作，提出一種基于扁平電機(jī)的輕混式多功能綜合傳動方案。結(jié)果表明，該方案可有效補(bǔ)足液力機(jī)械綜合傳動裝置供電能力短板，提高體積功率密度，提升機(jī)動性能，擴(kuò)展車輛動力艙功能[4]，有效控制質(zhì)量，有效解決了車輛動力艙的布置安裝問題，避免了由于原方案導(dǎo)致車輛車長方向過長引起的其他問題，結(jié)構(gòu)合理可行。

1 現(xiàn)狀及問題分析

在傳動領(lǐng)域，液力機(jī)械綜合傳動裝置仍是履帶車輛傳動的主流型式，輪式車輛傳動仍以液力機(jī)械式自動變速箱和電控機(jī)械式自動變速箱為主，隨著多種型式的電傳動技術(shù)在探索研究中逐漸成熟，在多種傳動型式并行發(fā)展的態(tài)勢中，如何選擇傳動裝置的技術(shù)方案成為一大難題。由于液壓機(jī)械傳動受到傳遞效率制約，短期內(nèi)難以得到大規(guī)模應(yīng)用，本文主要針對履帶車輛研究液力機(jī)械綜合傳動、電傳動以及二者融合產(chǎn)生的混合驅(qū)動(輕混和重混)技術(shù)優(yōu)選及概念方案問題。

由于傳動裝置方案涉及到的評價(jià)維度多，一般會出現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)并存的情況，方案選擇很困難。例如，在功能方面，電傳動往往具備起動、發(fā)電、電動、能量回收的功能，而液力機(jī)械綜合傳動往往具備拖車起動、風(fēng)扇驅(qū)動、壓氣機(jī)驅(qū)動的功能。因此，為了從各個角度綜合評價(jià)各類型傳動的優(yōu)劣，為最終技術(shù)方案優(yōu)選提供量化依據(jù)，將上述分析結(jié)果進(jìn)行評分。評分分為1～5分，得分高者代表適合作為近期推廣應(yīng)用的技術(shù)方案。綜合評分情況如表1所示。

液力機(jī)械綜合傳動裝置技術(shù)成熟，可靠性高，機(jī)動性能和功率密度提升困難，尤其是在缺乏為車輛提供電能滿足越來越高的電能需求方面，差距大；機(jī)電復(fù)合傳動、純電驅(qū)動、重混式綜合傳動則由于對電機(jī)功率需求大且需要長時(shí)間工作，其工作可靠性、研制周期等方面存在短板，作為短期內(nèi)的技術(shù)方案風(fēng)險(xiǎn)較大。

傳統(tǒng)的液力機(jī)械綜合傳動裝置與柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械接口連接和功能、性能匹配，車輛起動電機(jī)往往布置在柴油機(jī)上，傳動方案不涉及到電力部件，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)液力機(jī)械綜合傳動裝置結(jié)構(gòu)布置方案Fig.1 Layout scheme of traditional integrated hydraulic mechanical transmission

隨著技術(shù)發(fā)展，液力機(jī)械綜合傳動裝置逐漸開始形成與電力部件集成的方案：采用基于扁平電機(jī)技術(shù)的一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)拖動發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)起動和發(fā)動機(jī)起動后帶動一體機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電的功能。然而，一體機(jī)與液力機(jī)械綜合傳動裝置并未在驅(qū)動車輛方面實(shí)現(xiàn)共同工作，即一體機(jī)并未在車輛直駛、轉(zhuǎn)向、制動過程中起到助力或者回收能量的作用。本文通過對各型傳動的對比分析和量化綜合評估(見表1)，提出了當(dāng)前在較短時(shí)間內(nèi)兼顧發(fā)展需求和技術(shù)可行性的最佳傳動型式——輕混式綜合傳動。

表1 各型傳動綜合評分表Tab.1 Comprehensive rating scale of different transmissions

基于輕混式綜合傳動概念，為滿足履帶車輛對增加供電功能、提升機(jī)動性能、進(jìn)行整車輕量化控制等迫切需求，需研究如何合理匹配實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展或增強(qiáng)，如何在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)高功率密度集成，如何通過參數(shù)匹配實(shí)現(xiàn)性能提升，構(gòu)建出輕混式綜合傳動概念方案[5]。

2 輕混傳動方案設(shè)計(jì)流程

本文立足現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)、應(yīng)用推廣基礎(chǔ)，力圖抓住核心關(guān)鍵因素構(gòu)建約束條件驅(qū)動方案的設(shè)計(jì)流程。在充分考慮到目前階段履帶車輛已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一體機(jī)與綜合傳動裝置在車輛上共同應(yīng)用的背景下，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行輕混綜合傳動方案構(gòu)建，在繼承的同時(shí)，引入某些約束條件，從而避免輕混傳動方案設(shè)計(jì)過程中多次出現(xiàn)不滿足某些約束條件而重新設(shè)計(jì)的問題。具體流程如圖2[6-7]所示。

圖2 輕混傳動方案設(shè)計(jì)流程Fig.2 Design flow of lightweight mixing transmission scheme

流程具體步驟如下：

步驟1明確功能需求：起動、發(fā)電、電動助力、能量回收是否需要。

步驟2選定液力機(jī)械綜合傳動及整車主要性能相關(guān)參數(shù)：發(fā)動機(jī)特性、綜合傳動各環(huán)節(jié)傳動比、液力變矩器與泵馬達(dá)等性能參數(shù)、承載能力、側(cè)減速器傳動比等。

步驟3確定空間尺寸約束：動力艙空間尺寸、綜合傳動裝置外形尺寸。以便確定扁平電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的尺寸約束。

步驟4確定扁平電機(jī)發(fā)電工況：額定功率、額定轉(zhuǎn)速、車輛提供的電壓等，以便開展扁平電機(jī)尺寸設(shè)計(jì)。

步驟5確定扁平電機(jī)尺寸范圍(直徑與長度組合關(guān)系)：在步驟3、步驟4條件確定后，得到直徑和長度尺寸的相互影響關(guān)系。

步驟6確定扁平電機(jī)安裝位置：依據(jù)空間尺寸約束條件，根據(jù)扁平電機(jī)直徑與長度的影響關(guān)系，選定扁平電機(jī)的尺寸(直徑和長度)。

步驟7確定扁平電機(jī)至發(fā)動機(jī)傳動比：校核拖動力矩是否足夠起動發(fā)動機(jī)，如不足，則需要增大傳動比，從而提高發(fā)動機(jī)飛輪輸入端的拖動扭矩。拖動力矩校核可采用類比計(jì)算方法，假設(shè)傳統(tǒng)方案發(fā)動機(jī)起動電機(jī)最大拖動力矩為TYmax，起動電機(jī)至發(fā)動機(jī)的傳動比為iY，假設(shè)本傳動方案中扁平電機(jī)至發(fā)動機(jī)的傳動比為iE，則為保證車輛起動所需拖動力矩，本傳動方案中扁平電機(jī)的最大拖動力矩應(yīng)設(shè)計(jì)為Tmax·iE≥TYmax·iY，即Tmax≥TYmax·iY/iE.

步驟8機(jī)動性能提升情況計(jì)算：分別確定發(fā)動機(jī)和扁平電機(jī)的轉(zhuǎn)速與扭矩關(guān)系，將二者沿轉(zhuǎn)速進(jìn)行累加合成，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行車輛牽引特性計(jì)算，核算車輛加速性能、轉(zhuǎn)向性能、最大車速牽引力等，如不滿足機(jī)動性能提升目標(biāo)，則需要重新調(diào)整步驟3.

步驟9進(jìn)行工作模式劃分，并制定控制策略。根據(jù)履帶車輛使用需求，將寬速域恒壓發(fā)電模式、快速起動發(fā)動機(jī)模式、加速和小半徑轉(zhuǎn)向助力模式、制動能量回收模式4種工作模式(發(fā)電、起動、助力、制動)之間的切換關(guān)系描述如圖3所示。圖3中表示了改進(jìn)前及改進(jìn)后的系統(tǒng)組成圖，在具體工程設(shè)計(jì)中，逐一對各個工作模式開展控制系統(tǒng)(含軟件)設(shè)計(jì)[8-9]。

圖3 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖Fig.3 System composition

圖4為方案的系統(tǒng)組成及各工作模式下控制策略關(guān)系，4種工作模式的簡要分析和解釋如下：

圖4 系統(tǒng)組成與各工作模式下控制策略關(guān)系Fig.4 System composition and control strategy under different working modes

1)發(fā)動機(jī)快速起動模式。當(dāng)整車系統(tǒng)上電，駕駛員按下起動發(fā)動機(jī)按鈕時(shí)，進(jìn)入發(fā)動機(jī)快速起動模式。此時(shí)電機(jī)工作在電動狀態(tài)，從儲能系統(tǒng)獲取電能并轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，拖動柴油機(jī)至起動轉(zhuǎn)速以上，發(fā)動機(jī)控制器檢測到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大于最低起動轉(zhuǎn)速時(shí)，開始噴油點(diǎn)火并起動發(fā)動機(jī)。當(dāng)電機(jī)控制器收到柴油機(jī)控制器發(fā)來的起動成功信號后，電機(jī)控制器關(guān)閉，退出起動模式。

2)寬速域恒壓發(fā)電模式。當(dāng)儲能系統(tǒng)電量未充滿或上裝用電設(shè)備需要大功率用電時(shí)，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電模式。首先通過柴油機(jī)控制器將柴油機(jī)拖動至發(fā)電模式的最低轉(zhuǎn)速以上，再根據(jù)整車控制器發(fā)送的需求用電功率指令和實(shí)時(shí)采集的母線電壓值，進(jìn)行發(fā)電模式控制和功率輸出。當(dāng)儲能系統(tǒng)電量充滿或上裝用電設(shè)備結(jié)束用電后，退出發(fā)電模式。

3)驅(qū)動助力模式。當(dāng)車輛處在急加速、爬陡坡、小半徑轉(zhuǎn)向等需要大扭矩輸出的工況下，且儲能系統(tǒng)內(nèi)存儲的電量足夠時(shí)，則電機(jī)進(jìn)入驅(qū)動助力模式。電機(jī)工作在電動狀態(tài)，根據(jù)整車控制器的扭矩命令和綜合傳動控制器的擋位信息，輸出相應(yīng)的驅(qū)動扭矩。當(dāng)驅(qū)動助力需求結(jié)束，或儲能系統(tǒng)中的電量低于預(yù)設(shè)閾值后，退出驅(qū)動助力模式。

4)制動能量回收模式。當(dāng)車輛處在制動、下長坡等工況，且儲能系統(tǒng)中所存儲的電量不足時(shí)，進(jìn)入制動能量回收模式。電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，將車輛的動能轉(zhuǎn)化成電能，存儲至儲能系統(tǒng)。當(dāng)制動工況結(jié)束，或儲能系統(tǒng)電量充滿后，退出制動能量回收模式[10-11]。

3 結(jié)構(gòu)集成方案

本文采用功能拓展法對動力艙布置方案進(jìn)行研究，分別考慮了綜合傳動裝置集成電機(jī)和液壓泵馬達(dá)的形式，通過功能是否滿足車輛的需求進(jìn)行對比，具體方案對比結(jié)果如表2所示。

表2 基于功能性綜合傳動裝置集成方案對比Tab.2 Comparison of integrated transmmision scheme

由表2可以得出，基于車輛的實(shí)際需求，綜合傳動裝置集成電機(jī)能夠完全滿足車輛的需求，為最佳的動力艙集成形式。電機(jī)在履帶車輛的動力傳動系統(tǒng)中，可以在困難路面(如爬坡、泥濘道路)下提供額外的動力輸入，從而使履帶車輛能夠快速通過困難路面，并且在制動等工況下，起到能量回收的作用，可以最大限度地節(jié)約能源，降低履帶車輛的平均油耗，提高車輛的經(jīng)濟(jì)性。

從履帶車輛的動力艙布置角度來看，主要分為縱置和橫置兩種結(jié)構(gòu)方案。在動力艙縱置方案中，由于動力艙的橫向空間有限，扁平電機(jī)只能布置在發(fā)動機(jī)和液力機(jī)械綜合傳動裝置之間，如圖5所示。在以往的動力艙縱置方案中，發(fā)動機(jī)長度沿著車輛長度方向布置，導(dǎo)致動力艙的長度過長，從而引發(fā)車體長度尺寸大，車輛質(zhì)量也居高不下。隨著車輛輕量化發(fā)展趨勢越來越明顯，以縱置布置方式為基礎(chǔ)，在發(fā)動機(jī)和綜合傳動裝置之間再串聯(lián)扁平電機(jī)，此種方案動力包(綜合傳動裝置、發(fā)動機(jī)和輔助系統(tǒng))的長度尺寸能達(dá)到2 152 mm，導(dǎo)致車輛長度過長，顯然這是難以接受的方案[12]。

圖5 動力艙縱置布置示意圖(扁平電機(jī)布置于前傳動與發(fā)動機(jī)之間)Fig.5 Longitudinal layout of power cabin (the flat motor is between the front transmmision and the engine)

考慮動力艙縱置方案中增加扁平電機(jī)會增加車輛長度，所以重點(diǎn)考慮動力艙的橫置方案，其方案為在發(fā)動機(jī)輸出端至液力機(jī)械綜合傳動裝置的輸入端(即增速箱輸入端)之間集成通軸式的扁平電機(jī)，此種方案動力包(綜合傳動、發(fā)動機(jī)和輔助系統(tǒng))的長度尺寸可控制在1 710 mm，可以很好地控制整車的長度尺寸，布置示意圖如圖6所示。然而，此種布置方案存在的不足在于扁平電機(jī)布置在發(fā)動機(jī)和綜合傳動裝置的中間位置，不但散熱條件較差，而且電纜連接等位置均只能考慮在扁平電機(jī)外圓位置上，但該位置不滿足車輛駕駛艙與動力艙的接線要求。

圖6 動力艙橫置布置示意圖(扁平電機(jī)布置于增速箱內(nèi)側(cè))Fig.6 Transversal layout of power cabin(the flat motor is placed in the speed-increasing gearbox)

通過綜合考慮分析上述兩種布置方式的缺點(diǎn)及整車的適應(yīng)性，本文提出了一種新的布局思路，即將扁平電機(jī)布置在綜合傳動裝置增速箱的外側(cè)，既能提供良好的散熱條件，其外側(cè)空間也比較方便進(jìn)行電纜連接，如圖7所示。該布局方法需要解決兩個問題：一是增速箱需要設(shè)計(jì)出同時(shí)連接發(fā)動機(jī)和扁平電機(jī)的通軸；二是為了確保動力艙整體布置合理性，需要將綜合傳動裝置的增速箱位置向車體中心線附近平移出一個扁平電機(jī)的軸向長度。此種方案動力包(綜合傳動、發(fā)動機(jī)和輔助系統(tǒng))的長度尺寸可控制在1 710 mm，且方便扁平電機(jī)散熱和接線，方案最優(yōu)。

圖7 動力艙橫置布置示意圖(扁平電機(jī)布置于增速箱外側(cè))Fig.7 Transversal layout of power cabin(the flat motor is placed in outside of the speed-increasing gearbox)

本文采用的方案與原方案性能無差異，從車輛結(jié)構(gòu)的角度解決了車輛動力艙的布置安裝問題，避免了由于原方案導(dǎo)致車輛長度過長引起的其他問題。

4 參數(shù)匹配與性能預(yù)測

本文提出的輕混傳動技術(shù)方案，旨在采用小功率的扁平電機(jī)(功率170 kW)與傳統(tǒng)綜合傳動裝置實(shí)現(xiàn)混聯(lián)后，匹配小功率發(fā)動機(jī)(功率960 kW)，力圖達(dá)到或超過傳統(tǒng)液力機(jī)械綜合傳動裝置匹配大功率發(fā)動機(jī)(功率1 103 kW)的效果，從而降低發(fā)動機(jī)功率需求而提升車輛的輕量化水平。輕混傳動技術(shù)方案在原有機(jī)液匹配的基礎(chǔ)上，增加了電機(jī)性能的匹配計(jì)算，匹配變化由原只考慮發(fā)動機(jī)輸出特性轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)考慮發(fā)動機(jī)與電機(jī)的輸出特性并進(jìn)行合成。電機(jī)采用大功率三相交流電機(jī)。

依據(jù)方案的結(jié)構(gòu)形式，得出直線牽引特性的動力因數(shù)：

(1)

式中：D為動力因數(shù)；Me為發(fā)動機(jī)扭矩；i、η分別為發(fā)動機(jī)到主動輪的傳動比和效率；G為車輛戰(zhàn)斗全重；Rz為主動輪半徑。

轉(zhuǎn)向牽引計(jì)算按照(2)式和(3)式計(jì)算：

(2)

(3)

式中：Du為單側(cè)制動轉(zhuǎn)向動力因數(shù)；R為規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑；De為按照大于R轉(zhuǎn)向的動力因數(shù)；f為地面阻力系數(shù)；μ為轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)；L為車輛履帶接地長；B為車輛中心距；η1為循環(huán)功率效率。

對該方案進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，其車速的計(jì)算如(4)式所示：

(4)

式中：v為車速(km/h)；ne為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；iq、ib、ic分別為前傳動箱、變速箱、側(cè)減速器傳動比。

為方便效果評估，本文針對960 kW發(fā)動機(jī)、1 103 kW發(fā)動機(jī)分別匹配0 kW和170 kW電機(jī)的4種匹配方案，開展詳細(xì)的性能匹配計(jì)算。因計(jì)算過程相同，在對比4種方案結(jié)果的前提下，針對4種方案(見表3)的最優(yōu)匹配形式方案1進(jìn)行詳細(xì)分析[13]。

表3 4種匹配方案情況Tab.3 4 matching schemes

在確定發(fā)動機(jī)功率和外特性、電機(jī)扭矩- 轉(zhuǎn)速特性、變矩器循環(huán)圓直徑、前傳動比、匯流排傳動比、傳動箱傳動比、側(cè)減速器傳動比、主動輪半徑、車重等參數(shù)后，形成了最終傳動方案。圖8所示為發(fā)動機(jī)(功率960 kW)的外特性圖,圖9為扁平電機(jī)(功率170 kW)的外特性圖，為滿足整車機(jī)動性能提升的需求，重點(diǎn)圍繞最大車速、加速性能、爬坡性能、轉(zhuǎn)向性能進(jìn)行參數(shù)匹配和性能預(yù)測[14-16]。

圖8 發(fā)動機(jī)(功率960 kW)外特性圖Fig.8 External characteristics of engine (960 kW)

圖9 扁平電機(jī)(功率170 kW)外特性圖Fig.9 External characteristics of flat motor (170 kW)

發(fā)動機(jī)經(jīng)增速箱、前傳動作用到變矩器泵輪的轉(zhuǎn)速和扭矩與變矩器泵輪自身由液力傳動作用而得到的轉(zhuǎn)速和扭矩之間的關(guān)系如圖10所示。圖10標(biāo)示了液力變矩器各傳動比下發(fā)動機(jī)與液力變矩器的匹配特性，其中液力變矩器在發(fā)動機(jī)最大功率點(diǎn)的傳動比為0.825，液力變矩器高效工作區(qū)域?yàn)? 967～3 265 r/min，變矩器高效工作區(qū)域?qū)?yīng)的變矩器傳動比區(qū)間為[0.538，0.800][17-18]。

圖10 發(fā)動機(jī)和液力變矩器匹配特性Fig.10 Matching characteristics of engine and hydraulic torque converter

根據(jù)牽引計(jì)算，5擋(最高擋位)機(jī)械工況時(shí)，發(fā)動機(jī)額定工況，對應(yīng)45 t車輛車速為74 km/h時(shí)，動力因數(shù)為0.058，動力因數(shù)大于水泥路面的動力因數(shù)0.04. 車輛爬32°坡時(shí)的匹配結(jié)果(各個擋位發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和車速之間的關(guān)系，以及各個擋位主動輪上輸出的力和車速之間的關(guān)系以及不同坡度的阻力)如圖11所示。由圖11可以看出，車輛在平原地區(qū)爬32°坡時(shí)的車速為7.1 km/h，滿足車輛機(jī)動性需求[19-20]。

圖11 100%發(fā)動機(jī)油門開度、100%扁平電機(jī)輸出牽引計(jì)算Fig.11 Calculated curves of 100% engine throttle opening and 100% flat motor output

發(fā)動機(jī)和飛輪電機(jī)共同工作下，車輛在水泥路面2擋起步，車輛在4擋達(dá)到32 km/h，0～32 km/h加速時(shí)間為7.8 s，加速距離44 m. 圖12中顯示了車輛速度、加速距離和加速時(shí)間之間的關(guān)系[21-22]。

圖12 加速特性曲線(100%油門開度、100%扁平電機(jī)輸出)Fig.12 Acceleration characteristic curves (100% engine throttle opening and 100% flat motor output)

轉(zhuǎn)向特性匹配結(jié)果如圖13所示。由圖13可以看出，車輛各擋在不同路面轉(zhuǎn)向時(shí)，主動輪輸出的動力因數(shù)和車速的關(guān)系：低擋位時(shí)發(fā)動機(jī)可提供轉(zhuǎn)向系統(tǒng)足夠的功率，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以克服地面阻力系數(shù)為0.82的路面(圖中橫線為動力因數(shù)0.82的水平線)，路面狀況越好則發(fā)動機(jī)輸出的動力因數(shù)越大；除地面阻力系數(shù)大于0.82的路面外，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的動力因數(shù)可以克服其余路面的轉(zhuǎn)向阻力[23]。

圖13 轉(zhuǎn)向特性曲線Fig.13 Steering characteristic curves

5 結(jié)論

本文綜合考慮液力機(jī)械綜合傳動、電力驅(qū)動技術(shù)，依據(jù)一種多目標(biāo)綜合評價(jià)方法進(jìn)行多種傳動類型優(yōu)選基礎(chǔ)上，提出一種履帶車輛基于扁平電機(jī)的輕混式多功能綜合傳動方案。得出如下主要結(jié)論：

1)本文綜合考慮動力艙布置及車長等因素提出的將扁平電機(jī)布置于增速箱外側(cè)的輕混式傳動方案，能夠?qū)崿F(xiàn)動力艙的高緊湊集成，可有效縮短車長；在增速箱外側(cè)布置尺寸較大的扁平電機(jī)，能夠提供更大的輸出扭矩。

2)本文開展的參數(shù)匹配與機(jī)動性能預(yù)測結(jié)果表明，采用基于扁平電機(jī)的輕混方案，其機(jī)動性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的液力機(jī)械綜合傳動裝置方案。