兵工学报

2021, 42(10): 0.

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陆战平台全电化关键技术发展综述

李嘉麒，魏曙光，廖自力，臧克茂

2021, 42(10): 2049-2059. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.001

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为进一步推进陆战平台全电化技术的发展，介绍了全电化陆战平台的基本特点和主要技术，面向未来陆战战场和新型战争形态阐述全电化技术在提高陆战平台机动性能、持续作战、战斗能力等方面的功能和作用，分析陆军装备轻型化、智能化、无人化的发展趋势。结合我军陆战装备的发展概况，从全电化陆战平台的驱动电机及其控制技术、车载综合电力系统、电磁武器、电磁装甲防护4个方面详细剖析陆战平台全电化的主要内容和关键技术，探究以上关键技术的研究现状，揭示全电化陆战平台持续发展的技术瓶颈，提出陆战平台在电机、电力系统、电磁等方向的发展思路，探索陆战平台全电化技术的运用前景。

电传动车辆永磁轮毂电机技术现状及展望

柴凤, 于雁磊, 裴宇龙

2021, 42(10): 2060-2074. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.002

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混合动力电传动是车辆技术研究的重要领域，是未来地面高机动通用平台全电化的基础，而轮毂驱动系统作为轮式车辆的动力核心，轮毂电机的性能尤为关键。概括了轮毂电机技术的国内外发展现状，总结了轮毂电机的发展趋势。基于电传动车辆轮毂电机单元高转矩、宽速域的目标需求，阐述了现存新型永磁电机在轮毂驱动领域的发展前景；归纳了永磁轮毂电机的关键技术问题；展望了电传动车辆永磁轮毂电机系统未来的发展方向。通过对国内外轮毂电机驱动系统理论研究和工程应用的全面综述，以期为未来电传动车辆电机的开发提供参考。

串联式混合动力车辆发电机组协调控制策略

马晓军，徐浩轩，刘春光

2021, 42(10): 2075-2081. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.003

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串联式混合动力车辆在大功率加载过程中存在发动机超载灭车的问题。为实现机组平顺调节，分析发动机-发电机组在调节过程中失稳的原因，提出一种新型发动机-发电机组协调控制策略，优化机组的协调方法，减小机组动态调节过程中系统的能量损耗，改善车载综合电力系统母线的电能质量。硬件在环仿真实验结果表明：相比传统的控制策略，新型策略可以实现动态调节过程最小能量损耗，平抑直流母线电压波动，协助发动机-发电机组更好地执行整车能量管理策略。

电传动装甲车辆母线电压双通道补偿控制

廖自力，疏歆，高强，李嘉麒

2021, 42(10): 2082-2091. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.004

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针对电传动装甲车辆突然加速或减速瞬间和加速过程中出现的母线电压波动现象，开展母线电压控制策略研究。基于某型8×8轮式装甲车电力系统拓扑结构，建立计及超级电容和电机负载在内的DC/DC小信号模型，剖析以上两种工况下母线电压波动现象诱因。根据功率前馈控制策略并结合电机驱动器-轮毂电机负载“负阻抗”特性分析，提出一种双通道补偿控制策略并通过硬件在环仿真和样车试验对其有效性进行验证。研究结果表明：功率前馈控制对车辆突然加速或减速诱发的母线电压波动具有较好的抑制作用，但对于加速过程中电机负载“负阻抗”特性导致的母线电压波动基本无作用；采用双通道补偿控制能够有效抑制两种母线电压波动现象，提高系统抗干扰能力。

考虑履带滑转滑移的电驱动履带车辆转向控制

盖江涛，刘春生，马长军，沈宏继

2021, 42(10): 2092-2101. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.005

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为消除车辆转向过程中履带滑转滑移对电驱动车辆运动学控制的影响，准确实现车辆的转向轨迹控制，对考虑履带滑转滑移的电驱动车辆转向控制策略进行研究。分析表征履带车辆转向过程滑转滑移特性的转向半径修正系数及转向角速度修正系数，在此基础上提出考虑履带滑转滑移的转向控制策略，利用转向半径修正系数及转向角速度修正系数对电机转速控制指令进行修正。通过仿真和试验，对比了不考虑履带滑转滑移的转向控制策略和考虑履带滑转滑移的转向控制策略。结果表明，考虑履带滑转滑移的转向控制策略可以准确地实现转向控制目标，验证了该转向控制策略的可行性。

分布式电驱动车辆极限越野环境下高速避障与稳定性控制

刘聪，刘辉，韩立金，陈科

2021, 42(10): 2102-2113. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.006

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为提高分布式电驱动车辆在极限越野环境下的高速避障能力和操纵稳定性，提出一种充分考虑车辆过弯姿态反馈的分层协调横向稳定性控制方法。上层控制器将多模型在线建模算法与非线性模型预测控制理论相结合，构建一种基于数据驱动多模型预测控制的横摆、侧倾运动协调控制器。由于车辆不同的横向失稳状态下最优控制中心是时变的，细化并重构一种双层融合型横摆运动动力学模型。考虑到越野工况存在时变道路曲率和侧向坡度，建立零力矩点侧倾失稳判断模型，在横摆稳定性控制基础上引入侧倾稳定性控制约束。下层控制器结合各轮胎滑动率和垂直载荷转移量，采用二次规划求解算法将融合型期望横摆力矩转化为各轮最优驱动转矩。搭建MATLAB/Simulink软件和Carsim软件联合仿真平台，进行仿真实验验证。结果表明，该分层协调控制策略可充分发挥分布式电驱动车辆在极限越野工况下的高机动转向性能，具有较强的车身姿态修正能力，可以提高车辆的路径保持精度和过弯横向稳定性。

永磁同步电机静止参数辨识及电流环控制器自动参数整定

孟柳, 章回炫, 范涛

2021, 42(10): 2114-2122. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.007

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在永磁同步电机数字控制系统中，电流环控制器的参数整定是影响电流环带宽和系统控制性能的重要因素。为优化控制参数设计流程，提出一种基于静止参数辨识的自动整定方法，使控制系统在匹配不同电机平台时具有通用性。在永磁同步电机静止条件下，通过两点式伏安法辨识定子电阻值，消除脉宽调制中死区对定子电阻辨识的影响；通过高频注入法激励定子绕组，运用离散傅里叶变换分别得到交直轴电感值。分析推导自动整定电流环控制器参数方法，并根据辨识参数设计电流环控制器，在两组永磁同步电机实验平台上进行实验。实验结果表明：该控制方法可以使永磁同步电机具有良好的动态和静态性能；永磁同步电机静止参数辨识及电流环控制器参数自动整定方法是有效的。

特种车辆电驱动系统的预测直接功率控制策略

黄庆，倪大成，马长军，罗德荣，黄守道，李中启，程汪扬，姚超，邓海军，董平，陆雄建

2021, 42(10): 2123-2129. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.008

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针对脉冲宽度调制 (PWM)整流器在特种车辆电驱动系统中电流谐波及功率脉动大的问题，提出新型预测直接功率控制策略。在传统控制策略基础上设计电流观测器，通过预测控制方法估测出由系统参数失配造成的扰动并进行实时补偿，再经电流预测计算得出下一时刻的预测电流值。建立三相PWM整流器的动态模型，通过所设计的电流观测器预测电感变化后的电流值，并将其与电流的实际值作比较，经过估计系统扰动方式补偿系统误差。仿真和试验结果表明，该PWM整流器预测直接功率控制策略能有效抑制电流谐波分量以及功率脉动，实现电感参数变化条件下的正常工作，便于控制策略在特种车辆电驱动系统中实现，且能更好地提高特种车辆电源品质。

基于改进灰色马尔可夫链的电传动装甲车辆负载需求功率预测

刘春光，陈路明，张运银，张征，徐浩轩

2021, 42(10): 2130-2144. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.009

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为解决电传动装甲车辆负载需求功率预测精度偏低的问题，提出一种基于改进灰色马尔可夫链的组合功率预测方法。采用改进灰色预测方法和马尔可夫链预测方法对负载需求功率中的主体功率和残差功率进行预测，并在每个预测时刻将两种功率预测结果进行代数相加，建立改进灰色马尔可夫链组合预测方法。仿真结果表明：该负载需求功率组合预测方法相对于传统单一预测方法，能够较好地预测负载功率的强随机性变化特征，准确预测负载需求功率的变化趋势，预测精度最高提升了16.49%，可为后续能量管理策略提供有效参考信息。

基于集中-分布参数模型的车辆机电传动系统动力学响应及影响规律

王珍，项昌乐，刘辉，张伟，解云坤

2021, 42(10): 2145-2158. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.010

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机电传动系统在新能源车辆、高速列车等领域广泛应用，随着系统向高速、重载和轻量化方向的发展，其动力学特性愈发复杂。基于集中-分布参数模型，分析渐开线直齿轮啮合激励和轴的振动激励共同作用情况下的动力学响应及影响规律。基于有限单元法和集中参数法，结合轴模型和齿轮啮合模型建立集中-分布参数动力学模型，采用广义-a数值方法进行求解，分析轴振动和齿轮偏心量对系统动力学响应的影响。研究发现：集中-分布参数模型能够预测出轴在齿轮安装位置和轴与轴承一侧连接位置两点处承受较大的von Mises交变应力；轴的变形可诱发系统产生由轴沿Y轴、Z轴方向的弯曲振动频率及其与啮频的组合频率等新频率；仿真得到轴沿Y轴和Z轴方向的弯曲振动频率分别为1 125 Hz和874 Hz，两个频率的大小与幅值仅由轴的固有特性决定；随着齿轮偏心量增大，时变齿侧间隙、动态啮合力、轴上随时间周期性变化的von Mises交变应力和齿轮中心涡动轨迹均明显增大，且最大动态啮合力与齿轮偏心量呈线性递增关系，递增比率为1.77×10⁹. 该研究成果可为提升机电传动系统的动力学性能提供重要的理论参考依据。

基于归一化优势函数的强化学习混合动力履带车辆能量管理

邹渊，张彬，张旭东，赵志颖，康铁宇，郭玉枫，吴喆

2021, 42(10): 2159-2169. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.011

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基于强化学习的能量管理策略由于状态变量和控制变量的离散化，处理高维问题时存在“维数灾难”的困扰。针对此问题，提出一种基于归一化优势函数的深度强化学习能量管理算法。采用两个具有归一化优势函数的深度神经网络实现连续控制，消除离散化。在对串联式混合动力履带车辆动力总成建模的基础上，完成深度强化学习能量管理算法的框架搭建和参数的更新过程，并将其应用于串联式混合动力履带车辆。仿真结果表明，该算法能够输出更为细化的控制量以及更小的输出波动性，与深度Q学习算法相比，对于串联式混合动力履带车辆的燃油经济性提升了3.96%. 通过硬件在环仿真实验验证了强化学习能量管理算法的适应性，以及在实时控制环境下的优化效果。

履带车辆电传动系统减速机构热特性

马田，王志涛，张欣，庞大千，高晓宇

2021, 42(10): 2170-2179. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.012

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为进一步提升履带车辆的运行稳定性，采用一维与三维相结合的方法开展履带车辆电传动系统减速机构热特性研究。利用一维软件快速计算减速机构各润滑冷却孔口出口压力和流量，以及功率损失和热量传递路径，作为三维软件的仿真边界条件；利用三维软件仿真润滑流场和温度场，得到减速机构温度分布情况。分析履带车辆电传动系统机械构件热特性研究流程，研究过程充分显示了一维与三维软件相结合的仿真方法在齿轮热特性分析中的有效性，提升了仿真结果精度，缩短了仿真时间，为履带车辆电传动系统热特性研究提供了技术参考。

串联式混合动力履带车辆急加速工况功率平衡控制策略

盖江涛，生辉，周广明，刘丽芳

2021, 42(10): 2180-2188. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.013

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串联式混合动力履带车辆前后功率链功率是否平衡，对车辆的动力性影响很大。针对实车急加速工况直流母线电压被拉低影响车辆动力性问题，开展串联式混合动力履带车辆急加速工况功率平衡控制策略研究。基于不同驱动电机外特性下系统波动情况，以及车辆行驶功率需求和发动机-发电机组响应特性，提出一种发动机-发电机组稳压和DC/DC-蓄电池组补偿的功率平衡控制策略，并通过实时仿真验证。实验结果表明，该策略可以平衡急加速工况前后功率链功率，直流母线电压波动范围-4.6%~2.36%，能够很好地保持系统稳定性。

双侧电机耦合驱动履带车辆斜坡转向控制策略

曾根，王伟达，盖江涛，马长军，李训明，李欢欢

2021, 42(10): 2189-2195. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.014

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斜坡转向过程是履带车辆的一种典型工况，受重力沿斜坡分力的影响，其动力学特性与平面转向相差很大，转向控制难度大。为提高履带车辆斜坡转向过程的稳定性，对双侧电机耦合驱动履带车辆的转向原理和履带车辆动力学与运动学进行分析，建立斜坡转向运动学与动力学模型。在此模型基础上，提出斜坡转向模型预测控制策略。针对不同斜坡角度以及转向半径，利用MATLAB/Simulink软件对转向控制策略进行建模与仿真，并通过电驱动车辆进行了实车验证。结果表明，该履带车辆斜坡转向模型具有较高的可信性，基于模型预测的斜坡转向控制策略能够使车辆稳定地进行斜坡转向操纵。

8×8分布式电驱动装甲车辆稳定性直接横摆力矩与转矩矢量控制

蔡立春，廖自力，李嘉麒，张运银，王科淯

2021, 42(10): 2196-2205. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.015

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为提高车辆的行驶稳定性，发挥轮毂电机驱动的优势，提出一种8×8分布式电驱动轮式装甲车辆直接横摆力矩与转矩矢量控制方法。建立车辆的线性二自由度模型，求得期望横摆角速度和质心侧偏角。设计一种分层控制器：上层控制器为协调横摆角速度和质心侧偏角，采用滑模控制对两个变量的控制输出分别进行计算，并设计加权函数，得到横摆力矩输出；下层控制器将8个车轮按轴分为4组矢量，根据横摆力矩和纵向力需求，按照转矩矢量合成的方法得到各轮转矩。实时仿真实验结果表明，该控制方法能合理分配车轮转矩，有效控制横摆角速度，提高车辆的行驶稳定性。

同轴磁场调制式磁齿轮电磁优化设计

陈泳丹，田真，沈宏继，刘丽芳

2021, 42(10): 2206-2214. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.016

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随着未来特种车辆对传动效率和可靠性需求的不断提高，电传动将成为未来传动的重要发展方向，磁齿轮电磁优化设计是未来新型电传动研发中的关键技术之一。对同轴磁场调制式磁齿轮传动原理进行分析，建立磁齿轮磁力传动的解析方程，形成基于Taguchi法与多目标鲁棒性优化算法相结合的磁齿轮电磁优化设计方法，对典型工况下磁齿轮样机的速度与转矩特性进行台架试验。结果表明：磁齿轮样机额定工况下传动比稳定在6.67，输出转矩为359.7 N·m，输出功率为56.49 kW，效率达到98.1%，转矩性能与效率达到优化设计目标，验证了电磁优化设计方法的有效性。

电传动车辆用永磁电机定子绕组等效导热系数获取方法

李晔, 李琦, 范涛, 温旭辉, 赵毅慧

2021, 42(10): 2215-2222. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.017

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永磁电机以其高功率密度的优点广泛应用于各种电传动场合，电机绕组温升是决定电机额定功率的重要因素。在电机热分析模型中，绕组模型的等效物性确定是最困难的。采用一种基于电机整机试验的绕组等效热物性拟合方法，并与等效绕组样件测量方法和绕组完整导线模型仿真方法进行对比。试验验证结果表明：受测试条件的限制，绕组样件的应用范围受限；绕组完整导线模型仿真因没有考虑浸渍漆填充效率评估温升偏小，但在设计阶段可以使用；绕组等效热物性拟合方法的准确性较高；该热评估方法可以准确、快速对电机进行热评估，为确定绕组简化模型等效导热系数提出解决方案。

同轴磁齿轮极数配合规律

何明杰，彭俊，罗英露，李伟业

2021, 42(10): 2223-2232. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.018

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为解决同轴磁齿轮的内转子永磁体极对数、外转子永磁体极对数和调制环齿数选取问题，研究其极数配合规律。介绍同轴磁齿轮的基本结构，推导其气隙磁密解析式；基于磁齿轮气隙磁密谐波分析，对磁齿轮内转子永磁体极对数、外转子永磁体极对数和调制环齿数的相互配合关系进行研究，给出极对数配合的选取原则；详细对比分析4种不同极对数配合磁齿轮的转矩特性；设计一台内转子永磁体极对数为5、外转子永磁体极对数为19、调制齿个数为24的同轴磁齿轮，并进行样机制造与试验。结果表明：当磁齿轮内转子永磁体极对数与外转子永磁体极对数之和等于调制环齿数时，磁齿轮可获得较高的传动比和较强的转矩输出能力。

基于扁平电机的轻混式履带车辆综合传动方案

邹天刚，闫清东，盖江涛，侯威，王志涛，帅志斌，孙雪岩

2021, 42(10): 2233-2241. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.019

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根据履带车辆对高供电能力、高体积功率密度、高机动性能、多使用功能、轻质量等发展需求，综合考虑液力机械综合传动、电力驱动技术发展趋势和技术成熟度，依据一种多目标综合评价方法进行液力机械综合传动、机电复合传动、纯电驱动、重混式综合传动、轻混式综合传动5种传动类型优选，进而提出一种基于扁平电机的轻混式多功能综合传动方案。该方案可有效补足液力机械综合传动装置供电能力短板，提高体积功率密度，提升机动性能，扩展履带车辆动力舱功能，有效控制质量；同时对该方案参数匹配与机动性能预测等开展研究工作。结果表明，新方案可以有效解决履带车辆动力舱的布置安装问题，避免了由于原方案导致车辆的车长方向过长引起的其他问题，结构合理可行。

重型车辆多挡并联混合动力系统的联合优化控制策略

王玮琪，王伟达，孙晓霞，张渊博，刘城，项昌乐

2021, 42(10): 2242-2250. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.020

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重型车辆机电多挡并联混合动力系统中电机功率在变速器内部与机械功率耦合，发动机和电机都具有多个独立挡位，机电能量、功率分配与挡位关系复杂，功率分配和挡位确定及优化难度大。为统筹多挡并联混合动力系统的功率分配和挡位选择，提出功率与挡位联合优化的能量管理优化策略。建立系统在不同模式下的综合效率模型，定义经济性能量管理目标，定义成本函数对混合动力系统的换挡成本进行评价。以系统综合效率和换挡成本最优设计联合优化控制策略，用自适应模拟退火算法进行求解，同时优化变速机构挡位与转矩分配比例。结果表明：联合优化控制策略解决了系统转矩和挡位的耦合分配难题；该方法与经济性换挡规律规则相比可减少约4.84%的油耗，与初始单参数换挡规律相比可减少约14.74%的油耗；运用该方法可使混动系统的经济性有较大提升。

车用双层内嵌式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

孙承旭, 李琦, 范涛, 温旭辉, 李晔, 王艳艳, 谭平

2021, 42(10): 2251-2259. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.021

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针对永磁同步电机采用常规转子分段斜极后转矩脉动仍有较大残余问题，提出一种基于转矩波形对称性优化的转子两段斜极转矩脉动抑制方法。采用磁路解析模型，对一台电传动用双层内嵌式永磁电机转矩谐波主要特征阶次进行系统分析。电磁有限元分析结果验证了解析模型的正确性。在磁路解析模型基础上，保持电机电磁性能不变，优化双层内嵌式永磁电机转子磁极参数以抑制转矩特定次谐波，转矩波形对称性明显改善。结合转子两段斜极的措施，对造成转矩脉动的转矩谐波进一步削弱。仿真结果表明，相比于常规转子分段斜极，该方法有效降低了基准电机的转矩脉动。

轮式装甲车辆电驱动轮机电耦合动力学建模与振动特性

刘越，席军强，田真，张欣

2021, 42(10): 2260-2267. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.022

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为获取轮式装甲车辆电驱动轮机电动力学特性，提出考虑轮毂电机和行星齿轮机构耦合影响的动力学建模与分析方法。基于轮毂电机空间电磁力模型，计算得到电机径向力、切向力和转矩脉动，作为电驱动轮机械系统动态激励；建立考虑柔性壳体的行星齿轮机构动力学模型，实现了轮毂电机及行星齿轮机构机电耦合动力学仿真。结果表明：轮式装甲车辆电驱动轮低阶模态主要是全局模态，高阶模态主要是行星传动系统的局部模态；对于系统振动响应，在低转速区电磁激励的高阶次占主因，而在高转速区低阶次激励占主因。

不同工况下机电复合传动装置行星齿轮系统瞬态温度场

庞大千，曾根，李训明，郭磊，赵富强，孙占春

2021, 42(10): 2268-2277. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.023

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机电复合传动装置时常处于高速、重载、高油温等恶劣环境中，导致装置内行星齿轮系统的瞬态啮合温度急剧上升。利用有限元法对不同转速、不同载荷以及变转速恒功率条件下的行星齿轮系统模型瞬态温度场进行计算。分析不同条件下太阳轮及行星轮的瞬态温度曲线及齿面发热情况，绘制不同工况下齿顶面及齿根面瞬态温度场三维曲线，详细讨论齿面瞬态温度相对增长关系以及增长量，得到不同转速、不同扭矩以及输出功率对于太阳轮及行星轮的瞬态温度场影响规律。结果表明：在不同转速条件下，太阳轮与行星轮齿根面温度与齿顶面最高温度随着转速的增加而逐渐升高，当太阳轮转速大于5 000 r/min后最高温度的升高率则逐渐降低；在恒功率条件下，随着转速增大，太阳轮与行星轮齿顶面和齿根面最高温度降低的绝对值基本等于上一个转速点的2倍。试验验证了该方法的正确性。

基于路面自适应的多轮轮毂电机驱动车辆驱动防滑控制

陈路明，廖自力，张征

2021, 42(10): 2278-2290. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2021.10.024

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为提高多轮轮毂电机驱动车辆在不同路面行驶的动力性和操纵稳定性，提出一种具有路面识别功能的驱动防滑控制策略。分别建立整车模型、车轮受力模型及Dugoff轮胎模型，运用衰减记忆无迹卡尔曼滤波方法对路面附着系数进行估计。对传统滑模控制方法进行改进，设计模糊滑模控制器，根据路面条件调节轮胎滑转率，计算调整力矩进行车辆驱动防滑控制。利用半实物实时仿真平台开展了仿真实验。结果表明，路面自适应驱动防滑控制策略精确地辨识了典型道路的路面附着系数，迅速适应不同路面条件，减小轮胎过度滑转，有效提高了车辆驱动性能和操纵稳定性能。

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