转矩波动下电动轮纵向阶次振动特性及理论分析

针对轮毂电机转矩波动激励引起的电动轮系统振动问题,通过台架试验测得了电动轮运行工况下振动加速度信号,揭示了电动轮系统纵向振动的阶次特征和高频特性.基于电机电磁转矩解析模型从磁场相互作用的角度分析了永磁体磁场非正弦分布和电流谐波对转矩波动的贡献,进而解释了电动轮阶次振动的来源,即电动轮6.0阶振动由永磁体非正弦分布引起;1.0阶振动主要由电流谐波引起;6.5阶振动则由电流谐波和永磁体非正弦分布共同引起.为解释电动轮高频振动现象建立了基于刚性环理论的电动轮动力学模型并进行模态分析,结果表明,电动轮3个共振峰处高频振动分别对应轮胎和车轮同向旋转、反向旋转和纵向平移模态.     

轮毂电机驱动电动车的纵向动力学分析及参数优化

电动轮系统中的轮毂电机会产生转矩波动,此转矩激励未经缓冲直接作用于轮胎将会引起轮胎滑转率和纵向力波动等动力学问题.为此,首先建立了电动轮纵扭耦合动力学模型并分析电动轮的模态特征,提出用纵向加权加速度均方根值(W-RMS)、滑转率信噪比(SNR)和负载转矩波动脉动率(DFR)对电动轮纵向性能进行评价;其次分析了系统参数灵敏度,得出了评价指标受系统结构参数的影响规律:纵向加权加速度均方根值主要受到车身质量和电机质量的影响,滑转率信噪比和负载转矩波动脉动率除受质量参数影响外还取决于轮胎周向刚度和胎面刚度.最后通过系统参数优化确定了使3个指标改善的参数取值,分析发现参数优化能够使各指标在对应模态下的最大值显著下降.     

电动轮汽车转矩矢量控制系统试验平台

电动轮采用安装在车轮内部的轮毂电机直接驱动汽车行驶,实现了驱动转矩与电制动转矩独立可控。针对目前电动轮汽车的系统耦合程度高、轮毂电机匹配复杂等问题,提出了一种转矩矢量控制系统(TVCS),其结构与整车其他系统相互独立,构成电动轮汽车的动力总成。设计了转矩矢量控制系统的网络拓扑结构及矢量控制器的软硬件架构。通过对原型车底盘系统的设计与校核,获得了搭载转矩矢量控制系统的电动轮汽车试验平台。实车单移线试验结果表明:转矩矢量控制系统能有效保证整车通信负载率,便于轮毂电机集成;试验车实现了基本功能,为转矩矢量控制算法的研发与优化提供了测试平台。     

基于垂向振动负效应的新型轮毂电机电动汽车平顺性影响

为解决轮毂电机电动汽车非簧载质量过大导致的垂向振动负效应问题,提高车辆行驶平顺性和安全性能。以一种定子悬置的新型轮毂电机电动轮为研究对象,建立考虑吸振器效应的1/4车辆垂向动力学模型,研究定子质量转移构型对电动轮垂向振动特性及整车平顺性响应的影响;在此基础上,基于电动轮系统的振动传递路径特性,以电机定子和整车质心位置的加速度响应值为优化目标函数,通过Patternsearch理论方法对橡胶衬套的刚度和阻尼进行优化设计与分析。结果表明,该电动轮结构形式及参数优化设计能有效改善轮毂电机电动汽车行驶平顺性能,为新型电动轮结构及整车动力学特性进一步优化提供了参考。     

基于垂向振动负效应的新型轮毂电机电动汽车平顺性影响研究

为解决轮毂电机电动汽车非簧载质量过大导致的垂向振动负效应问题,提高车辆行驶平顺性和安全性能。本文以一种定子悬置的新型轮毂电机电动轮为研究对象,建立考虑吸振器效应的1/4车辆垂向动力学模型,研究定子质量转移构型对电动轮垂向振动特性及整车平顺性响应的影响;在此基础上,基于电动轮系统的振动传递路径特性,以电机定子和整车质心位置的加速度响应值为优化目标函数,通过Patternsearch理论方法对橡胶衬套的刚度和阻尼进行优化设计与分析。结果表明,该电动轮结构形式及参数优化设计能有效改善轮毂电机电动汽车行驶平顺性能,为新型电动轮结构及整车动力学特性进一步优化提供了参考。     

轮毂电机电动汽车轮内悬置系统设计与优化

为了改善轮毂电机驱动电动汽车簧下质量变大导致的垂向振动负效应问题,优化汽车的平顺性,以自主研发的可实现四轮独立驱动的轮毂电机电动汽车为实验对象,设计了一种可安装于电动轮内的轮毂电机悬置系统。提出在电动轮内的特定位置加装橡胶衬套的悬置系统方案,使轮毂电机的定子和转子与簧下质量实现弹性隔离。建立具备电动轮内悬置系统的整车动力学模型,利用遗传算法对橡胶衬套的刚度和阻尼值进行优化,并通过与无轮内悬置系统的传统轮毂电机驱动汽车垂向振动特性对比分析,对此套悬置系统的应用性及有效性进行验证。研究结果表明：轮毂电机电动汽车电动轮内安装悬置系统对车辆的平顺性有一定程度上的改善,尤其是对车身加速度的改善比较明显。     

新型多功能电动轮设计及整车动力性能仿真

为节约能源和保护环境,适应未来城市交通的要求,提出了一种用于电动汽车的集动力、悬架、制动和行驶为一体的高效紧凑的多功能电动轮系统。对轮毂电机、悬架和制动器进行了选型,形成了直接驱动型电动轮系统方案。结合城市道路条件和行车环境,确定了整车参数,进行了轮毂盘式永磁电机的结构设计和动力参数的计算。设计了基于MR阻尼器的车轮内装半主动悬架。把电动轮与四轮独立驱动电动汽车车体进行耦合,在电动汽车仿真软件ADVISOR基础上,建立整车动力学仿真模型,对整车进行了动力学仿真。结果表明,该车的动力性能与设计指标基本相符,能够适应城市的交通状况,电动轮驱动系统的设计方案是实用、可行的。     

四轮轮毂电机独立驱动电动汽车的振动特性分析

以四轮轮毂电机独立驱动电动汽车为研究对象,为全面分析轮毂电机引起的垂向振动负效应,建立了电动轮车整车振动系统的动力学模型,在Matlab软件平台下,采用模拟的随机路面谱作为整车四轮路面输入,对电动轮车的行驶平顺性进行仿真和评价,分析比较了轮胎刚度、悬架阻尼和轮毂电机质量等系统参数对平顺性的影响,为后续轮毂电机的设计和垂直振动控制策略提供参考.     

电动轮汽车驱动系统的滑模-PID控制

针对电动轮汽车驱动系统响应时间过长,响应不稳定,鲁棒性差等问题,建立简化了的电动轮汽车整车动力学模型和永磁无刷直流轮毂电动机驱动模型.以滑模变结构理论和PID控制理论为基础,根据电动轮汽车驱动系统运行的动态特性品质及滑模运行的动、静态特性要求,分别设计系统外环滑模-PID决策控制器及内环PID跟踪控制器,通过内、外环控制的有效结合,使系统具有了兼顾滑模变结构控制稳定性好、鲁棒性高和PID控制简单易行、响应迅速的特点,提高了系统的控制品质.仿真结果表明:基于滑模-PID控制的驱动系统能够迅速控制整车驱动系统和轮毂电动机的运行,明显改善了汽车动力学特性和轮毂电动机特性.     

典型工况与工作模式下混联式混合传动系统振动分析

针对发动机、电动机和行星齿轮系等子系统组成的混联式混合动力驱传动系统,考虑动力控制策略以及典型运行工况,建立了混合动力驱传动系统扭转动力学模型,分析了纯电动、混合动力和停车充电工作模式下系统的固有特性和瞬态响应.研究发现,3个模式下系统的重根频率相同且只与行星齿轮系统的转动惯量和啮合刚度等参数有关,纯电动和停车充电模式下系统的非重根频率和振型均相近;整车加速度瞬态响应与激励源干扰力矩的频率成分相同,在启动电机工作阶段和停机阶段低转速运行时,转矩波动引起的整车纵向振动较大.模式切换造成激励源转矩突变,行星齿轮系统的角加速度波动幅值明显增大.     

轮式驱动电动汽车驱动系统仿真

以轮式驱动电动汽车为研究对象,重点研究轮式驱动电动汽车的驱动系统,建立电机和轮胎的数学模型。以直流电机等效电路为基础建立电机数学模型,采用普遍参考的统一半经验指数建立轮胎模型。使用MATLAB软件进行动态仿真,得出电机转矩和轮胎侧向力、纵向力曲线,仿真结果表明模型正确,与理论分析相符。     

SR电机对轮毂驱动电动汽车垂向振动的影响

针对SR电机对轮毂驱动电动汽车行驶平顺性的影响，本文首先建立了开关磁阻（SR）电机的转矩波动方程，并根据电机的矢量控制原理，利用Sim Power System Toolbox模块库，搭建了电机模型；然后利用Matlab/Simulink软件，搭建了基于电机模型的机-电耦合振动仿真模型，并进行受轮毂电机转矩波动干扰的车辆垂向动力学模拟仿真。研究结果表明：附加轮毂电机后，车身振动和车轮动载荷都会变大；说明此类汽车工程化应用之前，需要优化悬架，以适应轮毂电机的转矩波动。     

轮胎侧偏动力特性的实验研究

研究了常侧偏角和时变轮胎载荷激励下轮胎的传递特性,测量了轮胎侧偏力、回正力矩和外倾力矩对轮胎载荷的传递函数,并考虑了轮胎参数的影响。用数据处理方法消除了实验台和测量装置的惯性力的影响。     

纵轴式掘进机截割系统模态仿真及试验研究

为了研究纵轴式掘进机截割系统动态响应特性,基于Pro/E和ADAMS联合建立了截割系统振动分析动力学模型,并通过施加简谐激励对截割系统进行受迫振动特性分析,得到3处响应敏感的共振频率;采用锤击法对掘进机截割系统施加激振力,进行试验模态研究,选取复模态单自由度拟合法进行数据拟合,得到截割系统在竖直方向上的前5阶试验模态参数。研究结果表明：第1阶、第2阶试验模态固有频率分别与20 Hz、120 Hz仿真共振频率相近,第3阶、第4阶和第5阶试验模态固有频率则没有相近的仿真共振频率与其对应,这说明采用简谐激励进行振动仿真并不能完全激励出截割系统的共振响应频率,而采用试验模态分析法,在验证仿真分析结果的同时,还可获得更为完整的截割系统模态参数。     

利用模态参数模型研究轮胎稳态侧偏特性

轮胎稳态侧偏特性模型是轮胎力学模型的一个重要组成部分。在静垂直模型基础上利用轮胎的侧向模态参数建立了轮胎稳态侧偏特性模型。对轮胎进行侧向激振试验得到轮胎的侧向模态参数,依据轮胎侧偏时印迹的几何变形及模态参数建模的思想,得到了侧向力分布。并由此推导出侧向力、回正力矩及侧偏刚度和松驰长度的计算表达式。计算在不同摩擦因数下的侧向力和回正力矩,结果与文献中的试验结果定性符合。而将结果转化为量纲为１的形式后与Ｆｉ－ａｌａ和桥石模型比较,结果表明两者拟合较好。     

两自由度汽车悬架系统振动的理论与实验验证

将汽车悬架系统看成是一个两自由度的质量-弹簧-阻尼振动系统,采用复数向量法获得了车体和轮胎振动的解析解,以及振动系统的一阶和二阶振动模态的频率。在建立的实验模型上,采用锤击法和扫频实验获得了振动系统的一阶和二阶振动模态频率。实验结果与理论分析的结果相吻合,证明了结果的可靠性。研究还发现,悬架系统在振动系统的一阶振动模态频率处的隔振效果不明显,车体仍有较大振幅的振动;然而悬架系统在振动系统的二阶振动模态频率处的隔振效果非常显著,车体振动的幅值很小。研究结果能够为汽车悬架系统的设计以及驾驶员选择合适的路况提供有益的参考。     

子午线轮胎模态分析的有限元方法

轮胎的动态特性是影响车辆整体性能的重要指标之一,文章在充分考虑轮胎材料的各种非线性特性的基础之上,应用ANSYS软件建立了用于子午线轮胎动态特性分析的非线性有限元模型,并针对该模型进行了模态分析,得到了其固有频率及相应的振型。结果证明,该方法具有一定工程实用价值,为轮胎的后续动态分析奠定了基础,并为轮胎特性对整车性能影响的研究提供参考依据。