基于电机转矩波动抑制的电动汽车传动系扭振控制研究

发布时间：2020-05-24 03:31

【摘要】：电动汽车是当前新能源汽车的主要类型,相比传统内燃机汽车,电动汽车的动力传动系统在动力源以及结构都有较大变动,从而使传动系的扭转振动具有新的特点。研究如何降低电动汽车动力传动系统的扭转振动,对提高整车的安全性和舒适性有重要意义。驱动电机是传动系稳态扭振的主要激励源,其转矩波动的大小和频率特性直接影响动力传动系的稳态扭振响应。本文旨在探究从电机转矩波动抑制的角度来降低传动系稳态扭振的潜力。为此,首先分析了永磁同步电机的转矩波动特性,详细推导了电机本体结构偏差及逆变器非线性特性等因素对转矩波动的影响。基于转矩波动的来源,推导建立了电机转矩波动的数学模型。经有限元分析,目标永磁同步电机本体结构偏差导致的转矩波动较小。其次,根据转矩波动与谐波电流的关系,提出通过抑制谐波电流来达到降低电机转矩波动的目的。为抑制谐波电流,提出一种新颖的实时在线提取特定频次谐波电流的算法,即近似傅里叶变换法。提取出谐波电流后,通过添加谐波电流PI闭环来实现对其的抑制,最终达到降低电机转矩波动的目的。详细分析了 PI闭环抑制谐波电流的原理,并讨论了 PI控制器的参数设计。最后在MATLAB/Simulink下对转矩波动抑制策略仿真验证。结果表明,单独采用6次或12次谐波电流PI闭环,可使转矩波动的6次谐波或12次谐波幅值得到降低24%～31%,说明了转矩波动抑制策略的效果较好。本文提出的电机转矩波动主动抑制策略,不涉及更改电机结构,无需增加任何硬件和离线实验测量,具有较强的灵活性和适应性。最后,探讨了电机转矩波动抑制策略对降低稳态扭振响应的效果。首先分析并建立线性集中质量扭转振动模型,然后对传动系自由振动特性进行分析。基于MATLAB/Simulink下的扭振仿真模型,分析不同工况的传动系强迫扭振响应。重点研究了电机转矩波动抑制后传动系稳态扭振响应的改善效果。着重分析了 4种特征匀速行驶工况下的传动系稳态扭振响应情况,结果表明,采用本文提出的电机转矩波动的6次谐波抑制或12次谐量抑制策略后,传动系扭转共振最严重的部件,即减速器轴处转矩波动中的主要谐波幅值降低比较明显,说明减振效果较好,验证了电机转矩波动抑制对降低稳态扭振响应的有效性。
【图文】：

电动汽车,排放性能,内燃机,汽车

电动汽车（ＨＥＶ）、纯电动汽车（ＥＶ）、燃料电池汽车（ＦＣＶ）发展最为迅速。在国内，逡逑得益于政府在政策法规上对新能源汽车产业较大的支持及补贴［１］，电动汽车在近５年的逡逑销量快速增长，如图１．１。其中，２０１５？２０１７年，电动汽车销量占能源汽车的比例都在逡逑７０％以上，成为新能源汽车的主要类型。可以预期，电动汽车是现阶段最有前景的新能逡逑源汽车。逡逑８０００００邋逦＾ —逡逑７０００００逡逑６０００００逡逑５０００００逡逑４０００００逡逑３０００００逡逑２０００００逡逑１０００００逡逑ｑ邋—逦逦Ｉ＾ＨＩ邋…一邋ＩＨ邋逦逡逑２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逦２０１７逡逑■电动汽车■其他类型新能源汽车逡逑图１．１近５年国内的新能源汽车销量逡逑相比内燃机汽车，，电动汽车的经济性和排放性能大大提高，但人们对汽车的性能要逡逑求不止于此，汽车的安全性和舒适性也是重要的性能指标。整车安全性关系到乘员的人逡逑身及财产安全；乘坐舒适性人们可以直接感受到，将影响消费者的购买意愿；而汽车动逡逑力传动系统的扭转振动对汽车安全性和舒适性有直接影响。逡逑Ｖ逦＼油门踏板逦涵、逡逑＼邋整车邋＼N］＿逦——逡逑ｉ／＞—？邋ＶＣＵ邋－１逦轴逡逑ｉｌｌ逡逑ｔ逦ｒ邋■邋ｒ—ｙ－ｊ逡逑｜邋ＲＭＳ｜逦ＭＣＵ逦Ｕ，＇0挪＝逦＝；逡逑逦逦邋ｖ逦＊１邋■逦１１逦１邋Ｉ邋Ｌ—＿逡逑士邋逦逦邋飞逦！逡逑动土电邋—邋ｉ神残邋土邋ＰＭＳＭ邋１——」逡逑后轮池组■／—ＩＩ逦减速器／差逦前轮逡逑｜丨／逦逦＇逦逦ＩＩ速器总成；／逡逑丨：：：：丨：画逦／逡逑图１．２电动汽车的动力传动系统结

永磁同步电机,本体结构,绕组,电励磁

三相永磁同步电机在电励磁同步电机的基础上发展而来，用高性能永磁体取代转子逡逑的电励磁绕组，同时取消电刷等结构，使转子结构大大简化。因为没有励磁绕组的铜损，逡逑电机效率也得到提高。图２．１为本文研宄的永磁同步电机的本体结构及绕组连接形式。逡逑１５逡逑
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】