关键词：电动汽车;;扭转振动;;永磁同步电机;;转矩波动抑制;;谐波电流
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。
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