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.     

电动轮刚性环耦合特性模型建模与分析

为进行电动轮高频转矩激励下的振动响应分析,基于刚性环轮胎模型假设,考虑轮辋与轮毂电机弹性连接关系建立了电动轮刚性环耦合特性模型.通过电动轮工作模态试验对模型主要刚度参数进行了识别,并结合胎面参数分析了模型的固有特性.所建立的电动轮模型能够准确描述胎面径向一阶平移频率和周向旋转频率,且考虑轮辋与轮毂电机连接柔性改变了原有的轮胎环、轮辋固有频率分布,可以避开原有峰值频率.根据电动轮轮毂电机实测激励频率特征,对所建立的电动轮刚性环耦合特性模型进行了相应频率的转矩激励.分析表明,考虑轮辋与轮毂电机间弹性连接耦合特性关系,能够减小原有电动轮一阶径向平移频率附近的轮胎与车身的振动加速度响应,为电动轮结构设计提供理论指导意义.     

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。     

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。     

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。     

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。     

轮毂电机驱动电动汽车耦合动力学特性参数灵敏度分析

以两后轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,考虑车辆动力学纵向、横向和垂向的主要耦合因素,建立了整车16自由度非线性耦合动力学模型;并基于Adams/Car对模型的正确性进行了验证。在此基础上,以侧向加速度、横摆角速度、侧倾角、俯仰角、垂向加速度及轮毂电机定转子间的相对位移为评价指标,对前后悬架刚度、车身与电机质量比、定转子质量比、轴承与轮胎刚度比对动力学评价指标的影响进行分析。在分析各项系统参数对动力学评价指标影响的基础上,采用扰动法对各项系统参数进行灵敏度分析。结果表明,对侧向加速度和横摆角速度影响最大的均为定转子质量比,灵敏度分别为4×10-3和1.21×10-2;前悬架刚度对侧倾角和垂向加速度的影响最大,灵敏度分别为2.69×10-2和2.06×10-2;后悬架刚度对俯仰角的影响最大,灵敏度为2.9×10-3;定转子质量比对两轮毂电机定转子间的相对位移最为敏感,灵敏度分别为9.550 2×10-7和1.007 3×10-6。为后续轮毂电机驱动电动汽车结构参数优化设计及动力学控制的进一步研究奠定了理论基础。     

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。     

内置悬置轮毂电机驱动系统参数灵敏度分析

轮毂电机驱动电动汽车将电机、轮毂、减速机构等集成于车轮内,这种高度集成不仅会造成非簧载质量的增加,路面激励引起的轮毂电机气隙不均匀还将导致电磁振动激励的进一步恶化.针对上述问题,基于笔者前期提出的一种新型内置悬置系统的电动轮拓扑结构方案,文中建立了新型电动轮车辆振动模型,推导出了多质量系统车身加速度、车轮相对动载、悬架动挠度及定转子相对位移等车辆平顺性指标对路面不平度速度输入的频响函数,通过车辆平顺性指标对电机质量、定转子质量比、轴承刚度、悬置元件刚度等重要结构参数的灵敏度分析,了解系统参数对各平顺性指标的影响.结果表明:悬置元件的阻尼对车身振动加速度和悬架动行程影响最大,其灵敏度分别达到10.33和10.21;定转子相对位移对轮毂轴承刚度最为敏感,其敏感度达到12.07;轮胎动载则对电机总质量最为敏感,其敏感度达到10.49;上述各参数中,电机定转子质量比对各振动响应量的影响均较小.     

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.     

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.     

一种新的电动轮汽车电子差速控制方法研究

针对目前电动轮汽车中车轮转速控制方法在参数获取中的局限,建立了多参量的模糊逻辑电子差速控制方法.在整车9自由度动力学模型的基础上,针对驱动控制模型的不可解析性,推导了简化的动力学状态方程和滑移率的具体表达式.将转矩变化作为优化目标,以滑移率均衡为控制导向,在多参量输入模糊选择和控制的基础上,分析了控制参量输出的判断准则.基于设计的电动轮汽车仿真模型,对文中提出的控制方法有效性进行了分析验证,并指出了影响控制效果的各种参量指标.     

节点外啮合行星轮系耦合动力学分析及试验验证

考虑太阳轮和行星架支承轴承的时变支承刚度,采用集中参数法建立节点外啮合行星齿轮系统齿轮-轴承耦合动力学模型,运用Rung-Kutta算法求解得到太阳轮和行星架的振动加速度响应;利用某型机械功率封闭试验台开展振动测试试验,基于小波变换获得降噪信号。研究结果表明:支承刚度时变情况下的振动加速度幅值要大于支承刚度为定值时的加速度。横向振动的试验值与理论值的误差为16.27%,在允许范围内,而纵向振动受重力影响存在较大偏差,同时,考虑时变支承刚度求解得到的振动加速度更接近试验结果,即支承刚度的时变性不可忽略。     

基于平顺性的矿用人车悬架参数匹配

为解决矿用人车平顺性较差的问题,提出一种基于平顺性评价指标的悬架参数匹配方法。通过悬架系统非线性动力学模型,分析悬架刚度、阻尼、缓冲块刚度和间隙对平顺性的影响,以随机路面下1/3倍频带加权加速度均方根值和脉冲激励下车身最大加速度响应作为评价指标,兼顾悬架动载荷的标准差和动挠度,分别在随机输入下进行悬架刚度和阻尼匹配,在脉冲输入下进行缓冲块刚度和间隙匹配。通过改进前和改进后的对比试验,证明了合理匹配后的悬架能够很大程度降低车身加权加速度值,改善车辆在随机路面和脉冲激励下的行驶平顺性。     

基于平顺性的矿用人车悬架参数匹配研究

为解决矿用人车平顺性较差的问题,提出一种基于平顺性评价指标的悬架参数匹配方法。通过悬架系统非线性动力学模型,分析悬架刚度、阻尼、缓冲块刚度和间隙对平顺性的影响,以随机路面下1/3倍频带加权加速度均方根值和脉冲激励下车身最大加速度响应作为评价指标,兼顾悬架动载荷的标准差和动挠度,分别在随机输入下进行悬架刚度和阻尼匹配,在脉冲输入下进行缓冲块刚度和间隙匹配。通过改进前和改进后的对比试验,证明了合理匹配后的悬架能够很大程度降低车身加权加速度值,改善车辆在随机路面和脉冲激励下的行驶平顺性。     

基于机电相似性理论的车辆机电悬架 动态性能研究

为了探索新型悬架的实现形式与隔振潜能,根据机电相似性理论设计了一种新型车辆机电悬架系统,以四分之一车辆悬架模型作为研究对象,搭建了悬架系统的动力学模型,给出了具体的结构实现方案,并采用鱼群算法对机电悬架系统中的元件参数进行优化求解。仿真结果表明,相较于传统被动悬架,新型机电悬架系统的隔振性能得到有效改善,其中,车身加速度均方根值减小5. 27%,悬架动行程均方根值减小22. 72%,轮胎动载荷均方根值也略有减小。最后,研究了电机电感与电阻对悬架动力学性能指标的影响规律,分析表明,当考虑电机电感与电阻因素时,悬架的动态性能指标均有所增加,其中,对车身加速度均方值影响较小,而对悬架动行程均方根值和轮胎动载荷均方根值的影响较大。台架试验结果进一步验证了理论分析的正确性。     

永磁同步电机驱动系统质量不平衡故障的复合容错控制

针对永磁同步电机系统质量不平衡故障引起的转速波动,提出一种基于负载转矩观测器的质量不平衡故障复合自抗扰容错控制方法.首先,对质量不平衡故障进行动力学分析,推导出负载转矩的数学模型,通过电机与负载之间的力矩耦合关系,建立故障状态下的机电耦合模型并设计负载观测器;其次,根据负载转矩观测器估计的故障模型信息优化扩张状态观测器的设计,并利用前馈补偿减小故障对整个系统性能的影响.仿真结果表明,所提的复合容错控制策略可以实现电机驱动系统在故障状态下的稳定性能,能有效降低转速和负载转矩的波动,减弱电机驱动系统中负载不平衡故障所致影响,具有较高的容错性能.     

基于三维动力学模型的重型卡车动态参数对平顺性的影响

为了研究重型卡车动态参数对驾驶员舒适性的影响,以路面随机不平度为激扰,以驾驶室座椅垂向、驾驶室的俯仰角和侧倾角的加权加速度均方根值为目标函数,建立了13自由度的三维动力学模型.采用Matlab/Simulink软件对整车模型进行仿真计算,分析了不同系统参数,如悬架、轮胎、驾驶室悬架和驾驶员座椅悬架的参数对驾驶员座椅垂向振动、驾驶室前后和左右晃动的影响.研究结果表明:悬架系统中刚度和阻尼参数的最佳匹配对车辆平顺性的影响非常明显;随着悬架系统和轮胎刚度的增加,车辆平顺性从优向劣转变,而随着悬架系统阻尼的增加,车辆平顺性呈现从劣转优现象.该研究为重型卡车悬架系统设计提供相应的理论依据.     

双转子电机在电动汽车上的驱动特性分析

研究一种基于对转双转子电机的电动汽车驱动系统,并对其进行数学建模和仿真分析。分析了双转子电机左右输出轴及传动机构转动惯量的差异对汽车驱动的影响,建立了基于双指数模型的纵向附着系数计算模型。通过理论推导结合仿真分析知：①基于对转双转子电机的驱动系统具有转弯差速功能,转弯时电磁转矩不变。②内外转子两侧传动机构的转动惯量和的差异对电动汽车的驱动加速影响很小,在滑转率较小的情况下,汽车两侧车轮几乎具有相同的加速度、速度和滑转率变化量;③只要把内外转子两侧传动机构的转动惯量和的差异控制在较小的范围内,即使在汽车完全打滑的情况下,汽车两侧车轮的加速度和速度也相差不大。     

基于蚁群算法寻优的电动轮汽车牵引力PID控制

提出了一种基于蚁群算法优化PID参数的控制策略,并应用于电动轮汽车的牵引力控制.文中提出了一种易于工程应用的方法来实时估计车辆的状态参数,设计模糊控制器计算出最佳滑转率,将ACO应用到牵引力PID控制器中从而实现对车轮转矩的调节,并在搭建的电动轮汽车中进行实车测试.结果表明,所制定的控制策略可以满足要求,抑制了车轮的过度滑转.