基于扭簧结构的纯电动汽车动力传动系统动态特性分析

摘要

随着人类现代化进程的不断推进，地球生态环境的破坏日益加重，资源和能源危机日趋严重，如何在人类文明的发展和地球生态环境保护中取得一个平衡，是现代人类文明的一个难题。新能源电动汽车作为环保和节能的主力军之一，受到了各国的青睐。但是其在推广应用的过程中还存在诸多亟待解决的问题，纯电动汽车动力传动系统的动态响应就是其中的问题之一。当前，对于纯电动汽车动力传动系统整体性研究尚少，一般均只对动力电池、驱动电机等进行单独研究，并没有对整个动力传动系统进行整体动态响应进行研究，这对于纯电动汽车研究是必不可少的。　　本文首先对纯电动汽车动力传动系统研究现状进行了分析，其中包括动力电池研究现状，驱动电机研究现状，传动系统研究现状以及扭转减振结构研究现状。总结当前研究的不足之处，根据当前研究的不足之处，制定本文研究技术路线。本文主要研究内容如下：　　①基于扭簧的电动汽车动力传动系统建模。传电动汽车动力传动系统模型包括动力电池模型、PMSM模型及控制。对动力电池等效电路模型进行了研究分析，建立了Rint模型。建立了PMSM数学模型，对同步旋转坐标系下的PMSM数学模型进行了推导，对滞环控制方法原理进行了研究分析，确定了滞环控制参数调节方法。对基于扭簧的传动系统进行了动力学分析，并依此建立了动力学模型，对轮胎“刷子”模型进行了动力学分析，建立“刷子”模型动力学模型。　　②为优化电机控制效果，针对逆变器模型，对空间矢量脉宽调制方法进行了研究分析，对电机控制参数进行优化，提高电机控制效果，并通过实验对比，验证了参数优化的有效性　　③建立了纯电动汽车中的机电耦合动态模型。研究了在凹坑、急加减速等路况下的机电耦合动态特性，对于这些突变工况，机电耦合模型能够准确突变工况的动态响应，为整车动力学特性分析建立了基础。　　④针对基于扭簧的纯电动汽车动力学模型，在MATLAB/Simulink平台上建立了仿真模型，通过仿真模型分析了系统在突变载荷下的动态响应特性；改变扭簧刚度和阻尼大小，分析刚度和阻尼变化的系统动态响应结果，得到了刚度和阻尼变化对系统动态响应结果的规律，通过对刚度和阻尼取值优化，最高降低了76.6%突变载荷对系统结构的冲击，验证了扭簧结构的优越性。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2.1 锂离子动力电池模型研究现状

1.2.2 驱动电机国内外研究现状

1.2.3 传动系统动态响应国内外研究现状

1.2.4 扭转减振结构国内外研究现状

1.3 本文研究内容

②本文研究内容及技术路线

2 基于等效电路动力电池及旋转坐标系下电机建模

2.1.1 等效电路模型

2.1.2 功率制约模块

2.1.3 电流计算

2.1.4 SOC计算

2.2 基于旋转坐标系永磁同步电机建模

2.2.1 自然坐标系下数学模型

2.2.2 坐标变换

2.2.3 同步旋转坐标系下数学建模

2.3 矢量控制算法研究

2.3.1 滞环电流控制

2.3.2 PI电流矢量控制

2.4.1 电池仿真模型及验证

2.4.2 电机仿真模型建立

2.5 本章小结

3 基于扭簧的传动系统动态响应动力学建模

3.1.1 扭转减振器简介

3.1.2 行星排扭转方程建立

3.2.1 “刷子”模型

3.2.2 轮胎动力学方程建立

3.3.1 行星排仿真模型建立

3.3.2 主减速器仿真模型

3.3.3 轮胎仿真模型

3.4 本章小结

4 逆变器模型优化及突变工况下机电耦合特性研究

4.1 三逆变器优化模型 SVPWM

4.1.1 空间坐标矢量合成

4.1.2 算法合成原理

4.1.3 参考电压矢量的扇区判断

4.1.4 零矢量和非零矢量作用时间计算

4.1.5 空间矢量合成

4.1.6 仿真模型实现

4.2.1 机电耦合概述

4.2.2 机电耦合动态特性分析

4.3 本章小结

5 动力传动动态响应及参数影响分析

5.1 动力传动系统动态响应分析

5.2 扭簧参数对动力传动系统动态响应影响分析

5.2.1 刚度特性分析

5.2.2 阻尼特性分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

C. 学位论文数据集

致谢