毛鵬軍 殷珊珊 張家瑞 閔俊杰 張亞龍

摘 要： 在通過電壓電流傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器自行搭建的試驗臺上分析了電動拖拉機(jī)電驅(qū)動系統(tǒng)的輸出特性。在加速踏板的開度一定時，電驅(qū)動系統(tǒng)的輸出特性與載荷有關(guān)；在不同的加速信號下，工作的轉(zhuǎn)速范圍不同，由于功率的限制，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；完成了電機(jī)控制器和電源的效率試驗，電機(jī)控制器的效率在80%以上，電源的效率在90%以上。實(shí)驗結(jié)果表明，從蓄電池組到電機(jī)控制器的能源利用率較高，為整車控制器的研究奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 電驅(qū)動系統(tǒng)； 傳感器； 載荷； 輸出特性； 效率試驗； 電機(jī)控制器

中圖分類號： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）19?0151?04

Abstract： The output characteristics of electric tractor electric drive system are analyzed on the test platform established by voltage and current sensor， and torque and rotation speed sensor. When the open degree of accelerated pedal is constant， the output characteristics of electric drive system are related to its load. With different accelerated signals， the range of working speed is different， and the system eventually reaches the stable state due to power of limit. The efficiency experiments of motor controller and power supply are carried out. The efficiency of motor controller and power supply can reach above to 80% and 90% respectively， which shows that the energy efficiency from the storage battery to the motor controller is high， and lays a foundation for the research of vehicle control unit.

Keywords： electric drive system； sensor； load； output characteristic； efficiency experiment； motor controller

0 引 言

能源和環(huán)保問題受到全球各界的高度關(guān)注，故研發(fā)低噪聲、零排放、高效、節(jié)能的電動農(nóng)機(jī)已成為全球的熱點(diǎn)。電動拖拉機(jī)是集新能源、新材料、新的電力電子和電機(jī)等高新技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，是國家“十三五”規(guī)劃中重要的一部分。

電動拖拉機(jī)工況復(fù)雜，所以在動力控制部分存在一定的技術(shù)問題，以至于最重要的整車控制器還停留在實(shí)驗階段，這主要是缺乏對電機(jī)各種載荷輸出特性的研究。本文通過電壓電流傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器自行搭建試驗臺，從踏板開度一定、不同加速信號、效率試驗三個方面對電驅(qū)動系統(tǒng)的輸出特性進(jìn)行研究，為控制器的研究奠定一定的基礎(chǔ)。

1 試驗臺搭建

1.1 試驗臺待測裝置選型

本設(shè)計的蓄電池選用鉛酸蓄電池作為動力源，采用直流串勵電動機(jī)的基本參數(shù)為：功率5 kW、電壓72 V、電流68 A、額定轉(zhuǎn)矩2 800 N·m。根據(jù)電動機(jī)的基本參數(shù)，選用IPMC2509?7240作為控制器。該控制器為直流串勵電動機(jī)提供了平滑無極調(diào)速正反轉(zhuǎn)控制。電壓變送器為HNV?200T電壓變送器，電流變送器為HDC?600H電流變送器，主要參數(shù)如表1所示。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速為ZH07?500型傳感器，主要參數(shù)見表2。試驗中轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器如圖1所示。

1.2 試驗臺搭建

電機(jī)及其控制器的臺架試驗的框圖如圖2所示。自行搭建的電驅(qū)動試驗臺如圖3所示。試驗平臺包括4個模塊，分別為電源檢測模塊、動力輸出模塊、負(fù)載模擬模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。

電驅(qū)動系統(tǒng)的輸出特性與電機(jī)的固有特性、蓄電池的性能、連續(xù)作業(yè)時間、續(xù)駛里程、輸出電壓、電流大小、傳動部件等因素有關(guān)。在自行搭建的電驅(qū)動系統(tǒng)試驗臺上對電驅(qū)動系統(tǒng)輸出特性進(jìn)行試驗研究。

2 室內(nèi)試驗

電驅(qū)動系統(tǒng)的輸出特性與電機(jī)的固有特性有關(guān)，本文采用試驗方法與理論方法進(jìn)行對比研究其輸出特性。

本試驗采用兩對電壓電流變速器分別采集蓄電池組和電動機(jī)的電壓、電流信號；采用2個轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器采集左右兩個驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；再利用數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)的處理。試驗分三種情況，設(shè)計如下：

2.1 加速踏板的開度一定

當(dāng)加速踏板的開度一定時，通過調(diào)節(jié)負(fù)載控制器輸出電壓逐漸增加磁粉制動器的制動力矩，同時采集驅(qū)動輪的輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和蓄電池的電壓、電流。為了證明試驗的可靠性，做3次重復(fù)試驗，記錄驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速，實(shí)驗數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)試驗結(jié)果，建立蓄電池的輸出特性如圖4所示，驅(qū)動輪的輸出特性如圖5所示。

2.2 不同的加速信號

通過電壓信號模擬加速踏板的開度，使加速信號分別為0.5 V，1.0 V，1.5 V，2.0 V，2.5 V，3.0 V時，逐漸增加磁粉制動器的制動力矩，同時采集驅(qū)動輪的輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，蓄電池電壓、電流和電動機(jī)的電壓、電流；完成不同的加速信號下，電驅(qū)動系統(tǒng)的輸出特性。蓄電池和驅(qū)動輪的輸出特性如圖7，圖8所示。

3 結(jié) 論

1） 在加速踏板的開度一定時，電驅(qū)動系統(tǒng)的輸出特性與載荷有關(guān)，在負(fù)載較大、轉(zhuǎn)速較小時取得較大的功率，適合在載荷較大的田間工作。

2） 在加速信號分別為1.0 V，1.5 V，2.0 V，2.5 V，3.0 V時，蓄電池輸出特性的變化趨勢基本一致；在不同的加速信號下，工作的轉(zhuǎn)速范圍不同，由于功率的限制，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3） 完成了電機(jī)控制器的效率試驗，電機(jī)控制器的效率隨著負(fù)載的減小、轉(zhuǎn)速的增大而增加，并且電機(jī)控制器的效率都在80%以上；電源效率特性試驗，電源的效率隨著負(fù)載的減小、轉(zhuǎn)速的增大而增加，并且電源的效率都在90%以上，說明從蓄電池組到電機(jī)控制器的能源利用率都較高。

4） 基于傳感器的試驗研究證明了理論的正確性，但試驗只研究了一個檔位的輸出特性，對于以后的研究可以進(jìn)行不同檔位試驗，并在此基礎(chǔ)上可以換成其他農(nóng)機(jī)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張翔.純電動汽車整車控制器進(jìn)展[J].汽車電器，2011（2）：1?5.

ZHANG Xiang. Development of the vehicle controller for battery electric vehicle [J]. Auto electric parts， 2011（2）： 1?5.

[2] 劉新磊，程增木.基于Matlab/Simulink的純電動汽車整車控制系統(tǒng)開發(fā)方法研究[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2016，3（1）：2?6.

LIU Xinlei， CHENG Zengmu. Research on the development method of complete electric vehicle control system based on Matlab/Simulink [J]. Industrial technology innovation， 2016， 3（1）： 2?6.

[3] 高輝松.電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

GAO Huisong. Research on electric tractor driving system [D]. Nanjing： Nanjing Agricultural University， 2008.

[4] 周志立，夏先文，徐立友.電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計[J].河南科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，36（5）：78?81.

ZHOU Zhili， XIA Xianwen， XU Liyou. Design of electric tractor drive system [J]. Journal of Henan University of Science and Technology （natural science edition）， 2015， 36（5）： 78?81.

[5] 陳曉明.電動汽車試驗臺測控系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].西安：長安大學(xué)，2006.

CHEN Xiaoming. Research and development of measurement and control system of electric vehicle test bench [D]. Xian： Changan University， 2006.

[6] 劉新.純電動汽車動力參數(shù)匹配與仿真研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2013.

LIU Xin. Research on dynamic parameter matching and simulation of pure electric vehicle [D]. Chongqing： Chongqing Jiaotong University， 2013.

[7] 費(fèi)莉.電動汽車驅(qū)動電機(jī)試驗臺測試系統(tǒng)的研究[D].重慶：重慶理工大學(xué)，2013.

FEI Li. Research on test system of electric vehicle driving motor test bench [D]. Chongqing： Chongqing University of Technology， 2013.

[8] 高輝松，朱思洪.電動拖拉機(jī)傳動系設(shè)計理論與方法研究[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，32（1）：140?145.

GAO Huisong， ZHU Sihong. Research on design theory and method of electric tractor drive system [J]. Journal of Nanjing Agricultural University， 2009， 32（1）： 140?145.

[9] 張文娟.永磁無刷直流電機(jī)及其在電動汽車中的應(yīng)用[D].武漢：華中科技大學(xué)，2013.

ZHANG Wenjuan. Permanent magnet brushless DC motor and its application in electric vehicles [D]. Wuhan： Huazhong University of Science and Technology， 2013.

[10] OFFER G J， HOWEYB D， CONTESTABILE M， et al. Comparative analysis of battery electric， hydrogen fuel cell and hybrid vehicles in a future sustainable road transport system [J]. Energy policy， 2010， 38（1）： 24?29.

[11] MOHAMADABADI H S， TICHKOWSKY G， KUMAR A. Development of a multi?criteria assessment model for ranking of renewable and non?renewable transportation fuel vehicles [J]. Energy， 2009， 34（1）： 112?125.

[12] DELUCCHI MA， LIPMAN T E. An analysis of the retail and lifecycle cost of battery?powered electric vehicles [J]. Transportation research part D： transport and environment， 2001， 6（6）： 371?404.

[13] 李聰智.電動負(fù)載模擬的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京：東南大學(xué)，2010.

LI Congzhi. Research and implementation of electric load si?mulation [D]. Nanjing： Southeast University， 2010.

[14] 張付義.電動汽車試驗臺總體設(shè)計與技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2006.

ZHANG Fuyi. General design and technical research of electric vehicle test bench [D]. Xian： Changan University， 2006.