电驱动后桥机电耦合分析.pdf

第 卷 第 期洛阳理工学院学报(自然科学版)年 月 ()电驱动后桥机电耦合分析林 东 汪选要(安徽理工大学 机械工程学院 安徽 淮南)摘 要:为研究在不同工况下电驱动后桥机电耦合扭转振动情况 利用/建立了电驱动后桥机电耦合仿真模型 分析了在加速和受冲击载荷下电驱动后桥的电机轴和整车角加速度扭转振动情况 结果表明:转速环参数对振动几乎没有影响 而车轮刚度系数影响较大 为优化机电耦合扭转振动提供一定的参考关键词:电驱动后桥 永磁同步电机 机电耦合 扭转振动:./.中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:林东()男安徽马鞍山人在读硕士研究生主要从事新能源汽车方面的研究.:.基金项目:安徽省自然科学基金().电驱动系统是纯电动汽车的核心部件之一 与车辆的安全性和可靠性密切相关 电驱动后桥主要包括驱动电机、齿轮副、差速器总成、半轴和车轮 是典型的机电耦合系统 纯电动汽车在加速和受到冲击载荷时 驱动电机的扭矩波动传动到车辆会造成车辆驱动起步喘振、加速抖振 研究电驱动后桥机电耦合扭转振动问题 对于车辆的安全性和可靠性具有较为重要的意义 目前 机电耦合已成为研究热点问题之一 于鹏等综合考虑控制电机动态特性及传动系统间隙 分析产生的动力学现象 刘必华等通过集中参数法建立传动系统模型 提出优化传动系统动力学的方案 葛帅帅等建立了永磁同步电机以及齿轮传动系统模型 研究典型工况下机电耦合效应 林利红等对机电耦合动态特性进行了研究本文通过/分别建立了永磁同步电机动态仿真模型和传动系统仿真模型 分析在加速和受冲击载荷工况下电驱动后桥的电机轴以及整车角加速度的变化 研究了转速环参数和车轮刚度系数对机电耦合扭振特性的影响 永磁同步电机模型 永磁同步电机数学模型建立永磁同步电机数学模型是一个较为复杂的系统 为方便对电机进行控制 要选择适当的坐标系进行建模 本文选择在旋转坐标系下进行建模在旋转坐标系下定子电压方程:()式中:和 分别是定子在旋转坐标系下的电压 和 分别是定子在旋转坐标系下电流 和 分别是定子在旋转坐标系下的磁链 为转子旋转电角速度定子磁链方程:()式中:和 是定子在旋转坐标系下电感第 期林 东 等:电驱动后桥机电耦合分析电磁转矩方程:()()()式中:为电磁转矩 为转子极对数 永磁同步电机矢量控制永磁同步电矢量控制采用 策略 电磁转矩方程:()在/中搭建永磁同步电机矢量控制模型 控制框图如图 所示图 永磁同步电机矢量控制框图设定电机转速为 /负载转矩为 仿真时间设为 转速波形图、转矩波形图和三相电流波形图如图 图 所示 由图 图 可以看出 永磁同步电机的转速在 达到设定的 /电磁转矩维持在 三相电流幅值大约维持在 在此矢量控制策略下电机的响应时间快 控制效果好图 转速波形图 图 转矩波形图 洛阳理工学院学报(自然科学版)第 卷图 三相电流波形图 机电耦合模型 传动系统模型建立忽略齿轮之间的啮合间隙和传动系统之间的摩擦 将整车转动惯量等效到车轮 采用集中参数法建立电驱动后桥系统集中质量模型 如图 所示图 电驱动后桥系统集中质量模型图驱动电机端动力学方程:()()()电机电磁转矩通过齿轮副传递到中间轴 再从差速器到半轴上 得到动力学方程:()()()()()()()()()()()()()()半轴到车轮端动力学方程:()()()()()()()()()()从车轮到整车的动力学方程:()()()()()第 期林 东 等:电驱动后桥机电耦合分析式中:为驱动电机的输出转矩、分别为电机轴、齿轮副、输出轴、差速器、左半轴、右半轴、左车轮和右车轮的刚度系数、分别为电机轴、齿轮副、输出轴、减/差速器、左半轴、右半轴、左车轮和右车轮的阻尼系数 为车轮行驶中的等效阻力矩、分别为 个齿轮的基圆半径、分别为第一对和第二对轮齿的啮合力 ()()()()()本文采用的齿轮传动系统基本参数如表 所示表 齿轮传动系统基本参数齿轮法向模数压力角/()基圆直径/齿轮.齿轮.齿轮.齿轮.机电耦合模型分析将电机输出的电磁转矩与传动系统所需输入转矩相结合 建立机电耦合传动模型 为了观察在加速工况下 机电耦合扭转振动情况 保持电机 /对电机施加一个 的载荷 模拟加速工况 电机轴和整车角加速度振动变化如图 和图 所示图 电机轴动载荷图 图 整车角加速度图由图 和图 可以看出 当施加 载荷时 电机轴和整车角加速度出现了 的振动 以后稳定下来 由此可以看出当车辆加速时 电驱动后桥机电耦合模型将会出现明显的振动 影响车辆行驶的可靠性和舒适性 同样 保持电机 /转速 设定电机施加 时变为 的负载荷 模拟车辆受到冲击载荷 电机轴和整车角加速度振动变化如图 和图 所示图 电机轴动载荷图 图 整车角加速度图 洛阳理工学院学报(自然科学版)第 卷由图 可以看出 在受到冲击载荷时 电机轴振动了 然后稳定下来 在 后 电机轴发生了振动 振动大小与前 一样 只是方向相反 在 时稳定下来 同样 由图 可以看出 整车角加速度振动情况也与电机轴相似 由此可以看出 当车辆受到冲击载荷时 电驱动后桥机电耦合振动更加明显 参数对电驱动后桥机电耦合的影响基于电驱动后桥机电耦合模型 保持电机 /转速 施加一个冲击载荷 研究转速环参数 对电驱动后桥机电耦合影响 分别取、电机轴和整车角加速度振动变化情况如图 和图 所示图 电机轴动载荷图 图 整车角加速度图由图 和图 可以看出 当转速环参数 在一定范围内变化时 电机轴和整车角加速度振动基本没有发生改变 转速环参数 在一定范围内对于电驱动后桥机电耦合扭转振动基本没有影响 轮胎刚度对电驱动后桥机电耦合影响车轮刚度分别取 /、/、/其他参数保持不变 观察电机轴和整车角加速度振动变化情况 如图 和图 所示图 电机轴动载荷图 图 整车角加速度图由图 和图 可以看出 当车轮刚度增加时 电机轴和整车角加速度振动频率和振幅也随之增加适当减少车轮的刚度 有助于减少电驱动后桥机电耦合扭转振动 结 语利用/建立了永磁同步电机矢量控制模型 电驱动后桥机电耦合模型在加速和受冲击载荷时 电机轴与整车角加速度会发生明显的振动 且在受冲击载荷时 振动更加明显 在发生振动时 转速环参数对于振动基本没有影响 随着车轮刚度的增加 振动频率和幅度也越小第 期林 东 等:电驱动后桥机电耦合分析参考文献:沈丹玺.汽车行业未来的四大趋势及八个变化方向.重型汽车():.于永初.节能与新能源汽车技术路线图引领中国汽车产业发展.汽车工艺师():.杨雨番.电动汽车电驱动系统机电耦合动力学及减振控制策略研究.重庆:重庆理工大学:.赵心颖林飞杨中平等.高速列车牵引传动系统机电耦合振动特性研究.铁道学报():.刘文生李文.牵引电机传动装置振动特性仿真分析.铁道学报():.赵怀耘刘建新翟婉明.异步牵引电机谐波转矩对机车动力学的影响.西南交通大学学报():.于蓬章桐孙玲等.集中驱动式纯电动车动力传动系统扭转振动研究.振动与冲击():.刘必华宋田堂林连华等.纯电动汽车传动系统扭振特性灵敏度分析及优化.传动技术():.葛帅帅杨雨番郭栋等.电动汽车电驱动系统机电耦合动态特性研究.重庆理工大学学报():.林利红陈小安周伟等.永磁交流伺服精密驱动系统机电耦合振动特性分析.振动与冲击():.():/.:(责任编辑:翟智卫)(上接第 页)(.):.()/.:(责任编辑:黄广霞)