关键词:
混合动力汽车
扭转振动
永磁同步电机
振动特性
主动减振控制
摘要:
近年来,随着国民经济的发展和科学技术的进步,混合动力汽车因其节能环保、续航里程长、使用成本低等优点受到广泛关注。然而,与传统燃油车相比,混合动力汽车的动力系统更加复杂,其同时包含发动机和永磁同步电机等多重动力源,多源激励耦合作用往往导致传动系统的振动噪声问题更为突出,直接影响整车的舒适性和操控性。本文针对混合动力汽车传动系统的振动问题,将引起振动的电机和发动机作为主要研究对象,提出并优化了相应的振动抑制方法,从而实现传动系统整体性能的提升。具体研究内容如下:
(1)首先研究确定混合动力汽车传动系统构型。基于复合杠杆法分析了传动系统的构型,以行星齿轮的基本杠杆组件为基础,设计反映传动系统机械结构和物理特性的物理空间,然后通过抽象定义数学变量α和β,将复杂的物理结构转化为数学模型,从而简化分析过程。最后使用MATLAB/Simulink搭建仿真模型,并在NEDC(新欧洲驾驶循环)和WLTC(全球轻型车测试循环)两种标准驾驶循环工况下对汽车经济性进行评估,确定最优经济性构型方案,为后续建立混合动力汽车传动系统扭振模型提供依据。
(2)随后,基于最优构型方案建立了混合动力汽车传动系统集中质量模型,将复杂系统抽象为有限自由度的质量—刚度体系。通过建立发动机和电机激励模型,系统地探讨了各自的激振特性。在扭振响应分析中,求解得到混合动力汽车传动系统的固有频率,并分析了各阶的模态振型,揭示了混合动力汽车传动系统在激励下的动态响应特征。为设计混合动力汽车传动系统振动抑制控制方法奠定基础。
(3)在纯电动工况下,通过探究电机谐波来源,明确了谐波产生的机理。引入带死区时间的空间矢量脉宽调制(SVPWM)模块及谐波反电动势模块还原实际工况下的激励源特性。其次基于最大转矩电流比控制设计电机控制系统,并结合混合动力汽车传动系统集中质量模型建立机电耦合动力学模型。针对电机的振动特性,提出了基于改进谐波注入和比例谐振相结合的转矩波动抑制算法。通过仿真对比分析了改进前后的控制方法在抑制电机转矩波动上的效果。重点关注了混合动力汽车传动系统发生共振时,振动较剧烈部件的振动抑制情况。
(4)在混动工况下,提出了基于双扰动观测器的模型预测控制策略。该控制策略利用电机快速响应特点,使其在发动机工作时进行动态转矩补偿。在控制器设计中,结合预测控制的优化特性与双扰动观测器的补偿机制,实现了电机转矩的精准调节,从而有效抵消发动机激励引起的振动。仿真结果表明,该策略显著降低了混合动力汽车传动系统的扭振幅值,提升了运行平稳性。