1、電機驅動車輛動力傳動系統建模方法的研究    2012-09-12     論文導讀:為探索機電耦聯的研究方法對電機驅動車輛動力傳動系統是否適用，將某電動車動力傳動系統的機械振動模型簡化為兩自由度系統模型，對其在左端邊界為自由、線性扭簧及非線性扭簧三類條件下的固有特性及響應進行了分析。結果表明，由扭簧模擬的機電耦合系統與不.    為探索機電耦聯的研究方法對電機驅動車輛動力傳動系統是否適用，將某電動車動力傳動系統的機械振動模型簡化為兩自由度系統模型，對其在左端邊界為自由、線性

2、扭簧及非線性扭簧三類條件下的固有特性及響應進行了分析。結果表明，由扭簧模擬的機電耦合系統與不考慮機電耦聯的系統相比，動力學特性發生明顯改變，證明了進行電機驅動車輛動力傳動系統機電耦聯非線性振動研究的必要性。在工業領域，電機驅動系統的扭轉振動問題最早出現在軋機的應用中。國外多數學者將其視為機電耦聯系統，并從控制策略上尋求減振措施。之后機電耦聯系統的研究被拓展到多個領域，如對于潛水油井泵電機系統由負阻尼特性引起的機電耦合自激振蕩的研究，對考慮傳動系統柔性的工業機器人的研究，以及對電動車進行電動機反饋控制以抑制傳動系振動的研究等。國內對于機電耦合系統的研究起步較晚，最早應用于水輪發電機的研究中。如用

3、平方非線性剛度模擬電磁剛度揭示了發電機組轉子軸系的響應曲線存在跳躍現象，用計算和試驗的方法得出不同電壓下的電磁阻尼的變化曲線，對發電機及直流電動機產生的電磁剛度引起新固有頻率進行的理論和實驗研究。但是鮮有結合機電耦合非線性振動理論進行新能源汽車動力傳動系統的研究。本文將機電耦聯的建模方法引入新能源汽車動力傳動系統的研究中，通過對簡化模型的分析確定了電機驅動車輛動力傳動系統的機電耦聯建模方法。1集中電機驅動系統機械振動模型圖1描述了一個前輪驅動、集中電機橫置的電動車振動模型。電機的電磁力矩MM通過轉動慣量JM加速，扭矩通過電機轉子動力輸出軸剛度kmr作用到變速器輸入軸，進而通過變速箱、半軸、輪胎

4、，驅動車輛行駛。其運動方程為:圖1集中電機驅動系統機械振動模型JM為電動機動力輸出軸、變速器、傳動軸、等效到半軸、左右兩輪轂、左右兩輪胎及電機轉子的轉動慣量，iG，iA為變速器一、二級減速比，kat，krt，kmr為半軸、輪胎、電機輸出軸的扭轉剛度，MM，ML為電磁力矩、驅動阻力矩。集中電機驅動系統簡化振動模型為了闡述電動車傳動系統與內燃機驅動車輛究生，研究方向:新能源汽車動力傳動系統振動研究。第4期于蓬，等:電機驅動車輛動力傳動系統建模方法的研究用傳動系統在建模方面的不同，將上述模型簡化為雙慣量扭轉振動系統:邊界條件為左端自由的系統模型用于模擬內燃機驅動車輛的傳動系統或者不考慮機電耦合的電驅

5、動車輛的傳動系統;邊界條件為線性彈簧km的扭振系統模型用于模擬考慮機電耦合作用的電驅動傳動系統。圖2左端自由的械振動簡化模型圖3特征根隨慣量比的變化規律圖4振幅比隨慣量比的變化規律圖5左端線性彈簧約束的振動簡化模型圖2描述了集中電機驅動系統機械振動簡化模型，這也是目前內燃機驅動車輛傳動系統或者電機驅動車輛動力傳動系統扭轉振動研究所用的常用系統的簡化等效模型，其運動方程、頻率方程見式(2)、式(3)，其特征根、振幅比隨慣量比(=JMJL)的變化規律如圖3、圖4所示。運動方程:圖9振幅比隨慣量比的變化規律圖10考慮阻尼和非線性電磁剛度的機電耦合振動簡化模型特征根與振幅比隨慣量比、剛度比變化的曲線如

6、圖69，與圖34比較發現，特征根與振幅比均發生了較大變化。從圖6中可以看到當轉子軸系受到模擬電磁剛度km這個附加約束的作用時，除使原來非零的扭振固有頻率有所提高外，還增加了一個較小的固有頻率，該頻率與電磁參數和運行工況密切相關，對應著軸系的整體轉動(屬于零階振型)，類似于“零頻”。從圖7中看到該頻率的值隨著值的增加而上升，在相同的值下，較小的值反而產生更明顯的“增頻”作用，所以即使電磁剛度為小量，在建模時也不能忽視其在電驅動車輛傳動系統中的作用。圖89表明，km的存在使系統的振型發生變化。從圖9看出，當值較小時，振幅比與圖4中的曲線非常接近，說明了數值仿真的正確性。圖11無阻尼時的諧波響應圖1

7、2有阻尼時的諧波響應3機電耦合非線性振動系統簡化模型電磁剛度和電磁參數及運行工況密切相關，實為非線性，下面用非線性漸硬彈簧模擬電磁剛度，并分析仿真模型的響應。圖10描述了考慮電磁剛度和電磁阻尼的集中電機驅動系統機電耦合振動簡化模型，為討論方便，假設電磁剛度相比電機動力輸出軸的扭轉剛度為小量，則模型可進一步簡化為單質量系統，理論和試驗研究證明此種簡化方法滿足工程精度。令km'=km(1+2)為非線性電磁剛度(設為漸硬彈簧)，其中為非線性度，cm用于模擬電磁阻尼。該模型的運動方程見式(6):圖13不同阻尼下的時間響應曲線圖14相平面曲線從圖11中可以看出，漸硬彈簧非線性諧波響應向高頻段傾斜

8、，當激勵頻率向共振點增加時，幅值和彈簧的剛度也增加，使系統固有頻率提高。幅值A對激勵頻率的關系曲線表明響應是多值函數，系統會產生跳躍現象。對于非線性漸軟彈簧亦有類似結論，不同的是響應曲線向左傾斜。若系統有阻尼，將=Acost帶入運動方程得到:從圖中可以清楚的看到跳躍現象:頻率增加時，響應|A|沿著123增加，但一旦到達3點，|A|會跳到5點，即響應突然下降到5點處;頻率減小時，響應|A|沿著654增加，但一旦到達4點，亦會產生跳躍，響應突然上升到2點處。3點與4點的響應是極不穩定的，但較大的阻尼可以使跳躍現象減小或者消失。對系統在不同阻尼時的時域響應進行數值求解，扭轉位移和速度的時域響應曲線以

9、及相平面曲線如圖13，圖14所示。從圖中可以明顯看出，阻尼的存在有助于非線性系統振幅的衰減。也就是說，在電驅動車輛傳動系統的特性分析中，忽略電磁阻尼的存在會夸大系統的響應情況，造成對傳動系統特性的非準確估計。結論電磁剛度的存在增加了電驅動動力傳動系統的自由度，傳統純機械振動建模方法會產生“漏頻”，不利于解釋電動車低速失穩等現象。(2)電磁阻尼的存在對傳動系統的扭轉振動產生了一定的抑制作用，電驅動車輛的傳動系統是否是“欠阻尼”系統有待進一步深入研究。(3)在進行電機驅動車輛傳動系統建模與仿真時，忽略電磁效應的影響會造成一定誤差，將機電耦合系統中“零頻”的概念引入電機驅動車輛傳動系統的建模與分析中，闡明了進行電機驅動車輛動力傳動系統機電耦聯非線性振動研究的必要性。一種地鐵運營組織與管理的模糊綜合評價樣可得到調度指揮、列車運行、客運組織的評價結果，見表3。計算得地鐵運營組織與管理的綜合模糊評價結果為S=(0。3138，0。3058，0。3804)。其中，隸屬于不可接受的隸屬度最大，說明該運營組織與管理的安全狀態處在不可接受的級別，急需調整改進。通過進一步分析其子項的評價結果可知，該不可接受的安全狀態主要因調度指揮評價水平太低引起，因而在進行調整改進工作時應將重點放在調度指揮