路面激扰与电磁激扰下电动轮车辆系统非线性全局动态特性研究

为研究电动轮车辆系统在路面-电磁联合激励下的非线性振动特性,并挖掘参数与初始条件协同作用下系统全局动力学信息,建立了计及悬架系统和轮胎的非线性弹簧力和阻尼力的电动轮车辆系统两自由度1/4垂向振动非光滑非线性时变动力学模型,考虑外部激励的谐波性和随机性以及电磁激励的分段周期性,得到了含谐波性、随机性和周期性的复杂外激励模型,分析了驱动电机转速与多初值的关联性对系统动力学共存行为及其分岔的影响规律,研究了共存运动的多样性及其吸引域的拓扑构型,揭示了转速对系统全局动力学稳定性的影响机理.结果表明:电机转速与多初值协同作用诱发系统出现多样性的共存运动,共存运动吸引域的拓扑结构复杂多样,部分共存运动的振动幅值可能较大亦可能很小,其全局动力学稳定性差异较大.电机转速与初值的协同作用对电动轮车辆系统非线性振动和全局动态特性的影响不予忽视.本文研究对电动轮车辆系统的动态性能改善和结构优化具有重要的理论意义和工程价值.

电动轮车辆动力分布式控制系统总线网络设计

在电动轮车辆整车控制过程中,总线网络相当于车辆的神经网络,保证数据通信的顺畅与信息效率的提高,大大提高车辆安全性。根据整车动力分布式控制系统特点,设计一套应用于该系统的总线网络并完成对该网络通信的可靠性分析。所设计的总线网络主要应用了一种开放式多主串行通信总线—CAN总线进行通信,介绍了电动轮车总线网络的设计思路,确保车辆运行时动力控制系统各个功能模块的正常工作至关重要。在进行故障检测的时候,进行冗余可靠性能研究,分析总线网络冗余设计的实现方法,提出了一种全新的方法来满足冗余检测的设计要求。经试验证明,该冗余系统完全能够满足电动轮车辆在各种恶劣条件下的实际需求。最后,对CAN总线网络进行了可靠性分析,经过实验室测试,CAN总线网络不仅完全可以满足车辆控制系统通信过程的时间特性要求,且系统具有速度快而且稳定的特点。

电动轮车辆永磁无刷直流电机驱动器设计

永磁无刷直流电机驱动器受电机参数变化、外部负载扰动等因素影响,为获得高性能、宽调速范围,以高性能嵌入式微驱动器和高可靠性大功率元件为基础,设计先进的驱动器。基于此对永磁无刷直流电机驱动器结构和控制方法进行分析,设计基于32位DSP处理器和CAN总线250W小功率驱动器硬件和软件。在实际调试中得到初步调试阶跃响应曲线,并对数字PID控制算法进行改进,得到改进后增量式数字PID控制算法和改进后阶跃响应曲线。经过对比得到:改进后增量式数字PID控制算法,其阶跃响应调节时间较短的同时,未产生超调,控制精度也比较高,控制效果满足设计需要,为大功率永磁无刷直流电机驱动器设计及实车调控提供参考。

应用CAN总线直流电动轮车辆控制系统设计分析

为了使直流电动轮车辆控制系统更加安全高效,设计双控制器加上智能显示器的全新控制系统结构。利用CAN总线在控制器之间以及控制器和显示器之间进行通信,以较高的传输速率、较强的抗电磁干扰能力以及较远的传输距离确保数据采集的实时性、可靠性和准确性。采用电传动车辆专用控制器和车载信息终端,自主开发高电压采集模块和励磁控制模块,在实验室搭建仿真的硬件系统,模拟环境下对设计系统进行评估和分析,分析结果可知:所设计新系统的信号流通畅;采用CAN总线结构使得系统的结构更加简单;设计的高电压采集模块和励磁触发控制模块工作正常,达到了预期的效果;漏电保护和输出点检测保护让系统更加安全;为此类车辆控制系统设计研究提供参考。

电动轮车辆发动机反拖制动控制系统设计分析

“发电机—二极管整流—逆变器—牵引电机”的电动轮车辆动力传递系统,在下坡制动工况时,可通过能量反向流动实现部分制动能量的回收再利用从而降低燃油消耗。针对电动轮交-直-交传动系统,引入发动机反拖制动的理论,通过外部转速传感器间接观测转子频率,以及过零点检测相位的方法来达到定子旋转磁场与转子转速同步的目的,实现发动机反拖平稳启动;当下坡缓行时,采用整流逆变模块,实现能量双向传递,实现发动机反拖;设计发动机制动反拖控制系统,建立反拖制动功率计算数学模型,并搭建发动机反拖实验平台,对控制系统进行验证;实验结果表明所提出的实现逆变器对旋转电机启动的控制方案简单易行,可靠性高,为实车设计提供了理论依据和实验数据。

基于Simulink电动轮车辆交流异步电机控制算法分析

交流异步电机作为现代大型电动轮车辆动力系统组成单元,由于车辆行驶路况复杂多变对其控制系统提出了更高的要求,控制系统必须解决在动态运行过程中对输出扭矩实时控制的问题。针对以上问题,根据电动轮车辆交流异步电机牵引控制理论,基于单元的物理模型和数学模型,采用转子磁场定向矢量控制方法对交流异步电机控制算法进行分析。基于Simulink搭建交流异步电机矢量控制算法模型,结合实际车辆原地静止启动工况进行分析。结果可知:所研究的矢量控制方法可以有效实现在车辆动态运行中,对输出扭矩实时控制;同时也证明了该方法具有响应速度快,鲁棒性强,稳态性良好等优点,满足此类车辆正常运行中工况多变的要求。

电动轮车辆分布式控制系统设计分析

分布式控制系统由若干控制单元与总线网络所构成,解决传统线束控制单元繁复且占用空间大的问题,提高了设备运行的可靠性。电动轮车辆动力系统由带有ECU的发动机和发电机相连组成电力输出源,通过整流和逆变过程驱动轮边交流电机运行,根据此运行特点,对控制系统进行设计。根据设计需要,该控制系统由一个主控制器、一个从控制器和若干个控制单元组成。建立控制系统的实验平台,针对控制系统的时间特性和发电机、牵引电机的运行特点进行分析。结果可知:系统满足整车时间特性需求;发电机、牵引电机及其控制器的效率及阶跃响应速度等主要性能指标基本达到所规定指标,满足整车设计使用要求;控制系统的设计合理、高效,有效地提高了整车运行的可靠性和实用性。

电动轮车辆三级轮边减速系统建模分析

三级轮边行星减速器作为一种新型大吨位电动轮车辆轮边减速器,可有效解决二级系统齿轮安全强度不足、轮边驱动系统性能匹配差等问题。根据三级轮边行星减速器的结构原理和工作特点,建立轮边驱动系统三级行星齿轮传动功率键合图,并基于此搭建系统的Simulink仿真模型,获得三级轮边减速器的频响特性及动态特性,结果表明其动力学特性和制动性能均能满足设计要求,且与整车传动系统性能匹配良好。所采用的研究方法和获得的结论,为进一步研究电动轮车辆三级轮边行星减速器动态特性提供了重要参考。

电动轮车辆交流传动控制系统设计分析

电动轮车辆交-直-交动力传递系统中,交流电动机与柴油发动机扭矩-转速曲线匹配是需要解决的重要内容。基于变频调速和矢量控制技术,通过对电动轮车辆外特性曲线的分析,结合三相交流发电机和交流电动机的工作特性,对电动轮车辆交流传动系统控制进行研究,采用交-直-交方式实现对电动机的交流传动控制。设计基于TMS320LF2401A的硬件控制系统等比例小功率交流传动试验,对交流控制系统进行检验,通过对轮边交流电机相关参数的分析。结果表明通以解决柴油机与交流电动机的转矩匹配,而且系统具有更高的效率,为下一步整车设计提供参考。

应用Simulink电动轮车辆轮边电机输出转矩波动分析

电动轮车辆在短距离大载重运输中应用普遍,当驾驶员指令突发大幅度变化时,电机可快速响应,但输出转矩波动较大,对系统冲击较大,针对此进行分析。根据电动轮特点,电机采用低速区转矩输出稳定矢量控制,很好实现异步电机转矩与磁链解耦,进而控制电机输出转速。基于Simulink电机矢量控制模型,搭建电传动系统模型,对不同工况电机响应及转矩波动进行分析。针对转矩波动,从控制模型入手分析影响转矩脉动的原因及应对方法。结果可知:设定转速不加负载、转速发生突变、转速缓慢增加、定负载运行等几种工况下,电机调速性能良好,响应迅速;转速发生突变时,电机对于速度响应很好,但在指令改变瞬间,电机输出转矩波动很大,且衰减很快,0.5s左右恢复正常;通过减小脉冲发生器中误差宽度、转子磁链给定值、调整转子时间常数等可有效达到稳定转矩的目的;为进一步实车测试提供参考。

电动轮车辆轮边异步电机智能控制算法分析

针对现有数学模型很难对电机非线性的本质进行准确描述的问题,提出一种分时动态神经网络自适应智能控制算法.该算法可以解决存在多个时间尺度的非线性系统问题,利用Lyapunov稳定性理论和奇异摄动理论提出了对非线性系统的在线辨识学习规则,采用自适应控制领域e-modification理论解决了权值更新中的参数溢出问题,并把所提分时动态神经网络模型用于电动轮车辆轮边驱动异步电机系统中,取得了较好的仿真结果.

路面-电磁双激励下电动轮汽车行驶平顺性分析

为研究电动轮车辆系统在路面-电磁双重激励下的振动特性,明确轮毂电机电磁激励对车辆行驶平顺性的影响规律,建立了基于刚性连接结构的轮毂驱动式电动汽车1/4的2-DOF垂向振动动力学模型;考虑路面激励的随机性以及电磁激励的分段周期性,得到了含随机性和周期性的复杂外激励模型;采用时域分析法,得到复杂外激励下电动轮车辆平顺性评价指标即车身加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷时间历程图,并分析了电磁激励对电动轮汽车平顺性的作用规律。结果表明:轮毂电机电磁激励对各指标的影响程度依次为车身加速度>轮胎动载荷>悬架动挠度;在加速行驶工况下,速度越快电机激励振动冲击越大,对车辆的行驶平顺性和舒适性越为不利。

电动轮轮边行星减速器动力学特性建模分析

电动轮轮边减速器作为复杂的行星齿轮传动系统,是受力情况复杂的动力传递系统,结构的动力学特性对机构的性能有重要影响。根据新型三级行星齿轮传动轮边减速器的结构特点和动力学特性,搭建多级传动齿轮副的运动微分方程,依此搭建系统的Simulink分析模型,模型利用齿轮时变刚度将传统扭振系统集中质量模型与齿轮动力学模型结合,同时引入轮边驱动电机矢量控制模型和负载变化模型,共同构成轮边驱动系统模型,可以分析齿轮传动在连续工况下啮合力,啮合变形等动态特性。分析齿轮传动在稳态及连续工况下啮合力、啮合变形、齿轮圆周加速度等特性的变化规律;并分析在典型工况下的工作过程。结果表明:随着齿轮传递扭矩增大、转速降低,三级传动机构的齿轮啮合更加稳定;齿轮时变刚度变化主要对齿轮啮合变形的变化产生影响,而对齿轮传递扭矩变化的影响变小,分析结果为此类机构设计提供参考。

基于模糊扩展卡尔曼滤波的轮毂电机驱动车辆纵向速度估计算法

为了获取轮毂电机驱动车辆的纵向速度,设计了基于轮速信号和车身加速度信号的扩展卡尔曼滤波的估计算法,建立了研究对象的离散状态方程和测量方程,并采取不同的扩展卡尔曼滤波器对测量信号进行滤波去噪处理和车辆纵向速度估算.通过模糊控制器,对车速估计滤波器的估算参数进行实时动态调节,实现了估计算法的自适应性.研究结果表明,在路面附着系数为1.00的良好路面上,估算得到的车速和动力学模型输出的实际车速误差小于2%;在路面附着系数为0.25的路面上,最大估算误差小于10%.

应用恒磁通匹配发电机直流母线电压控制分析

针对电传动车辆交直流逆变过程中,直流母线牵引工况瞬态功率不足问题,根据交流发电机励磁调压控制特性,对直流母线电压控制策略进行设计。基于恒磁通匹配,采用PWM脉宽调制信号实现对系统的励磁电流进行控制,从而对发动机变转速运行调压特性进行控制。搭建发动机和发电机电传动系统试验台,对所设计三种控制方案及相关参数对调压控制影响进行分析。分析结果可知:强励值必须控制在一定的范围,系统的瞬态压降才能得到很好的改善;可有效解决滑行过程中因励磁PID控制关闭所导致的车辆欠压问题;很好的改善交流电传动系统直流母线环节的稳定性,为解决功率需求提供可行策略。

基于计算流体力学冷却风机性能参数设计分析

冷却风机作为电动轮车辆轮边牵引电机冷却系统最重要的部件,其性能优劣对冷却系统的效果有直接的影响。针对强制冷却系统的结构特点,结合牵引电机的冷却需求,对影响风机冷却风量和压差的关键参数进行设计;在此基础上,基于CFD搭建风机的流场分析模型;采用差异化网格划分技术,对不同区域选取不同网格尺寸;对整机和叶片静压场进行分析,并对整机全压场和流道区域速度场进行分析,获取关键参数值,并与设计值进行对比。结果可知:风机内部的流场十分复杂,多处存在二次流和尾流-射流现象,但是流动趋势符合流体力学原理;模拟所得流量结果为3.86m^(3)/s与设计流量4m^(3)/s误差为3.63%,模拟功率结果为29.4kW与设计功率29.92kW的误差为1.77%,二者结果一致,表明设计和分析结果是合理的。参数设计计算和流场分析结果一致性,为同类型冷却风机设计提供参考。

应用Simulink铰接式车辆牵引力模糊控制建模分析

在车辆运行中,根据不同路面运行状况对牵引力输出进行合理控制,既可提高车辆动力性,又能减小机构之间的冲击和磨损,提高整体寿命。针对铰接式电动轮车辆,采用牵引力控制系统,对车辆运行中的滑转率进行监测,使用模糊控制系统对牵引力进行控制,从而有效控制电机的输出转矩,以实现不同运行路面滑转率的有效控制。搭建铰接式电动轮车辆的整车动力学模型,对转向过程中的动力学方程进行分析;并搭建电机控制模型和适合本系统的牵引力模糊控制器;基于Matlab/Simulink将模糊控制器与整车模型集成整车牵引力模糊控制分析模型,对低附着系数路面、对开路面、高低附着系数对接路面的整车运行状况进行分析。由分析结果可知:车辆在不同附着系数运行时,滑转率模糊控制系统有效减小车轮的打滑程度,使得路面提供的附着力得到最大程度的利用,保证车辆行驶稳定性,提高行车安全性,控制取得很好的效果;分析方法和分析结果为此类研究提供参考。

轮边三级减速系统非线性动力学特性分析

以电动轮车辆新型行星齿轮传动三级轮边减速器为研究对象,对影响系统动力学特性的非线性因素进行分析。结合系统的结构特点,运用集中质量法建立纯扭转非线性动力学模型。并在推导构件相对位移的基础上,运用牛顿力学方程得到结构的运动微分方程。根据数学方程,基于Simulink搭建三级减速系统非线性分析模型,多级行星齿轮传动的齿轮副齿侧间隙、时变啮合刚度和综合啮合误差等均包含在模型中。结果表明:由于齿侧间隙、时变啮合刚度和综合啮合误差等因素的存在使系统表现出明显的非线性动力学特性,并在一定范围内使得振动响应更加复杂,跳跃现象更加明显;系统阻尼系数在一定范围内可以减小系统的振动振幅;新型三级系统较传统系统的振动幅度更大,变化频率更快,刚度、误差和阻尼的影响效果更明显;为此类研究提供参考依据。