关键词：纯电动汽车;;负载模拟;;模糊自整定PID;;干扰观测器
摘 要：从目前中国汽车行业的发展来看,发展新能源汽车是我国面对能源安全、低碳挑战的重要举措,是我国由汽车大国发展为汽车强国的必由之路。电动汽车使用电机及动力电池作为动力源替代传统内燃机,成为了新能源汽车的主力军,发展迅速壮大。建立动力总成测试系统实现对电动汽车动力总成进行动力性和经济性的测试,是汽车动力系统研发的重要环节,而能够精确模拟汽车在道路上行驶时遇到的阻力是评估该测试系统性能的一个重要指标。基于此,本文对测试系统的设计开发和负载模拟方法进行了如下研究:对目前工业中广泛应用的负载模拟方法如基于逆模型的控制方法、传统转速闭环控制方法以及加入前馈的转速闭环控制方法进行详细的推导,分析了各种负载模拟方法的优缺点。针对以上负载模拟方法中存在的问题,提出采用转矩与转速闭环复合控制方法,从理论上论述了该方法的有效性及可行性。建立汽车纵向动力学模型,详细推导了汽车行驶阻力在电机端的等效负载转矩。将动力总成试验台分为整车部分、联轴器部分、驱动电机和测功机部分,模块化建立仿真模型。针对逆模型控制方法、传统转速闭环控制方法以及转矩与转速闭环复合控制方法进行仿真分析,证明负载模拟方法理论分析的正确性。对基于转矩与转速闭环复合控制方法建立的模型进行改进,在其测功机模型转矩调节器中引入模糊自整定PID控制。仿真结果表明,使用改进后的方法能够使匀加速以及匀速阶段转速跟随误差的波动降低为原来的25%~30%,驱动电机端及测功机端的转矩波动降低为原来的50%左右,证明了该方法可以进一步提高负载模拟的精度。对动力总成试验台中的机械系统以及电力系统的不确定性进行分析。理论上分析了转动惯量和转动阻尼参数不准确、非线性摩擦转矩、传感器高频噪声等因素对负载模拟精度的影响。为了减小这些因素对负载模拟的影响,引入干扰观测器。仿真结果表明,经典干扰观测器仅可以削弱干扰力矩的影响,而改进的干扰观测器对干扰力矩以及高频噪声造成的影响均有良好的抑制作用。依据电动汽车驱动系统组成及测试项目需求设计动力总成测试系统。对驱动电机进行参数匹配,设计动力电源供电方案;分析不同类型测功机的区别,设计不含飞轮且能量可以双向流动的对拖型试验台;设计试验台电压电流、转矩转速、温度等状态监测方案;搭建硬件在环测试系统,编写上位机软件程序。对动力总成试验台的转动惯量和转动阻尼进行参数辨识,为建立仿真模型提供依据。进行驱动电机负载试验,并对驱动系统的效率,电机的温升特性进行测试,验证了动力总成测试系统设计的合理性及可行性。本研究对于动力总成试验台的搭建、负载模拟的研究具有一定的理论指导意义和工程应用价值,对电动汽车动力系统的开发有积极的促进作用。
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