一種純電動車動力傳動系統(tǒng)機電耦合控制設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電動車動力控制技術(shù)，尤其是涉及一種純電動車動力傳動系統(tǒng)機 電耦合控制設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 集中驅(qū)動式純電動車的動力傳動系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛。動力系統(tǒng)與傳動系 統(tǒng)直接耦合，動力電機驅(qū)動速度快、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)斜率大，易引發(fā)傳動系統(tǒng)沖擊和扭轉(zhuǎn)振動，使 電動車工作時出現(xiàn)縱向抖振現(xiàn)象。
[0003] 車用電機種類包括直流電機、交流異步電機、永磁同步電機和開關(guān)磁阻電機，其 中，永磁同步電機以其體積小、性能好、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、輸出轉(zhuǎn)矩大等特點而被廣泛的 應(yīng)用。但在實際應(yīng)用中無論是電機本體還是控制系統(tǒng)與理想情況相比不可避免地存在一定 的偏差，因此永磁同步電機的輸出轉(zhuǎn)矩的脈動也必然存在。電機參數(shù)對動力傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn) 振動也有影響。
[0004] 電動車由驅(qū)動電機定轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，轉(zhuǎn)矩的施加將引發(fā)軸系沖擊， 繼而在傳動系統(tǒng)共振點引發(fā)軸系的扭轉(zhuǎn)振動。電磁轉(zhuǎn)矩中電轉(zhuǎn)角的一次項系數(shù)定義為電磁 剛度，由電機特有的性能決定，電磁剛度將定子和轉(zhuǎn)子聯(lián)系在一起，使定子和轉(zhuǎn)子以及后續(xù) 的傳動部件組成一個統(tǒng)一的整體。電磁剛度和分支引起的電動車動力傳動系統(tǒng)低階固有頻 率（0Hz~2Hz)，將導(dǎo)致車輛傳動系統(tǒng)在低階特征頻率對應(yīng)的電機轉(zhuǎn)速和車速下產(chǎn)生共振， 引發(fā)整車縱向振動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種純電動車動力 傳動系統(tǒng)機電耦合控制設(shè)備及方法。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] -種純電動車動力傳動系統(tǒng)機電親合控制設(shè)備，包括：
[0008] 電機控制裝置，用于根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩輸出電機轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和電機電流；
[0009] 傳動系統(tǒng)，與電機控制裝置連接，用于根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩得到電機轉(zhuǎn)速，并將該電機轉(zhuǎn) 速發(fā)送至電機控制裝置反饋控制電機轉(zhuǎn)矩；
[0010] 電流參數(shù)調(diào)整裝置，與電機控制裝置連接，用于根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和電 機電流生成調(diào)整電流，并將調(diào)整電流發(fā)送至電機控制裝置反饋調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)矩。
[0011] 所述電機控制裝置包括：
[0012] 控制策略模塊，接收目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并通過最大轉(zhuǎn)矩電流比控制法將目標(biāo)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為 二相電流信號；
[0013] 空間矢量調(diào)制模塊，分別與控制策略模塊和電流參數(shù)調(diào)整裝置連接，將二相電流 信號和調(diào)整電流整合調(diào)制為兩相電壓；
[0014] 逆變器模塊，分別與空間矢量調(diào)制模塊和傳送系統(tǒng)連接，用于根據(jù)電機轉(zhuǎn)速和兩 相電壓生成電機電流、電機轉(zhuǎn)矩和電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角。
[0015] 所述傳動系統(tǒng)包括依次連接的電機轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸、減差速器、離散軸組和輪胎組。
[0016] 所述減差速器包括依次連接的減差速器輸入軸、減差速器中間軸和減差速器輸出 軸。
[0017] 所述離散軸組包括離散左半軸和離散右半軸，所述輪胎組包括左輪和右輪，所述 離散左半軸和離散右半軸的一端均與減差速器連接，另一端分別與左輪和右輪連接。
[0018] -種純電動車動力傳動系統(tǒng)機電耦合控制設(shè)備的控制方法，包括步驟：
[0019] A.電機控制裝置接收目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩生成電機轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和電 機電流，并將電機轉(zhuǎn)矩發(fā)送至傳動系統(tǒng)，將電機轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和電機電流均發(fā)送至電 流參數(shù)調(diào)整裝置；
[0020] B.電流參數(shù)調(diào)整裝置根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和電機電流生成調(diào)整電流，并 將調(diào)整電流發(fā)送至電機控制裝置反饋調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)矩；
[0021 ] C.傳動系統(tǒng)根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩得到電機轉(zhuǎn)速，并將該電機轉(zhuǎn)速發(fā)送至電機控制裝置反 饋控制電機轉(zhuǎn)矩。
[0022] 所述步驟A在電機電流和電機轉(zhuǎn)速反饋控制的參與下具體包括步驟：
[0023] A1.控制策略模塊接收目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并通過最大轉(zhuǎn)矩電流比控制法將目標(biāo)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換 為二相電流號；
[0024] Α2.空間矢量調(diào)制模塊接收二相電流信號和調(diào)整電流，將二相電流信號和調(diào)整電 流整合調(diào)制為兩相電壓，并將該兩相電壓發(fā)送至逆變器模塊；
[0025] A3.逆變器模塊根據(jù)電機轉(zhuǎn)速和兩相電壓生成電機電流、電機轉(zhuǎn)矩和電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 角，并將電機電流和電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角發(fā)送至電流參數(shù)調(diào)整裝置，將電機轉(zhuǎn)矩分別發(fā)送至電流 參數(shù)調(diào)整裝置和傳動系統(tǒng)。
[0026] 所述步驟Α2具體包括步驟：
[0027] Α21.空間矢量調(diào)制模塊接收二相電流信號和調(diào)整電流；
[0028] Α22.二相電流信號和調(diào)整電流疊加后得到二相電流信號電壓；
[0029] Α23.對二相電流信號電壓進(jìn)行變換和處理后得到兩相電壓，并將該兩相電壓發(fā)送 至逆變器模塊。
[0030] 所述步驟Α23中對二相電流信號電壓進(jìn)行變換和處理的過程具體為：
[0031] U2= U ! · ?\ · Τ2
[0032] 其中：U2為兩相電壓，h為二相電流信號電壓，?\為第一變換矩陣，Τ2為第二變換 矩陣；
[0033] 所述第一變換矩陣具體為：
[0035] 所述第二變換矩陣具體為：
[0037] 其中：Θ為轉(zhuǎn)子位置角。
[0038] 所述步驟Β具體包括步驟：
[0039] Β1.根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩和電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角獲得電流中間值，具體為：
[0041] 其中：1為電流中間值，?；為電機轉(zhuǎn)矩，Ε為定轉(zhuǎn)子之間的等效電壓，w為轉(zhuǎn)子角頻 率，k，k汾別為Α相和Β相電機電流的測量誤差與實際電流值的比值，θ Α電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 角；
[0042] B2.根據(jù)電流中間值得到三相調(diào)整電流，具體為：
[0044] 其中山、ib和i。分別為調(diào)整電流的三相分量；
[0045] B3.將三相調(diào)整電流轉(zhuǎn)換為二相的調(diào)整電流。
[0046] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明傳動系統(tǒng)和電流參數(shù)調(diào)整裝置分別通過電機轉(zhuǎn)速和調(diào)整 電流對電機控制裝置進(jìn)行反饋控制，通過機電耦合的方式最終對車輛動力進(jìn)行控制，可以 對電機轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)整，對車輛的速度控制更加精準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0047] 圖1為本發(fā)明控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048] 圖2為本發(fā)明控制設(shè)備的MATLAB/simulink模型圖；
[0049] 圖3為電機控制模塊的MATLAB/simulink模型圖；
[0050] 圖4為傳動系統(tǒng)的MATLAB/simulink模型圖；
[0051 ] 其中：1、電機控制裝置，2、電流參數(shù)調(diào)整裝置，3、傳動系統(tǒng)，11、控制策略模塊，12、 空間矢量調(diào)制模塊，13、逆變器模塊，14、電機本體模塊，31、電機轉(zhuǎn)子，32、轉(zhuǎn)子軸，33、減差 速器輸入軸，34、減差速器中間軸，35、減差速器輸出軸，36、離散左半軸，37、離散右半軸， 38、左輪，39、右輪。
【具體實施方式】
[0052] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實施例。
[0053] -種純電動車動力傳動系統(tǒng)機電親合控制設(shè)備，如圖1和圖2所不，包括：
[0054] 電機控制裝置1，用于根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩輸出電機轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和電機電流，其 中的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩由駕駛員通過腳踏板發(fā)出；
[0055] 傳動系統(tǒng)3,與電機控制裝置1連接，用于根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩得到電機轉(zhuǎn)速，并將該電 機轉(zhuǎn)速發(fā)送至電機控制裝置1反饋控制電機轉(zhuǎn)矩；
[0056] 電流參數(shù)調(diào)整裝置2,與電機控制裝置1連接，用于根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 和電機電流生成調(diào)整電流，并將調(diào)整電流發(fā)送至電機控制裝置1反饋調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)矩。
[0057] 如圖3所示，電機控制裝置1包括：
[0058] 控制策略模塊11，接收目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并通過最大轉(zhuǎn)矩電流比控制法將目標(biāo)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換 為二相電流信號；
[0059] 空間矢量調(diào)制模塊12,分別與控制策略模塊11和電流參數(shù)調(diào)整裝置2連接，將二 相電流信號和調(diào)整電流整合調(diào)制為兩相電壓；
[0060] 逆變器模塊13,分別與空間矢量調(diào)制模塊12和傳送系統(tǒng)3連接，用于根據(jù)電機轉(zhuǎn) 速和兩相電壓生成電機電流、電機轉(zhuǎn)矩和電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角。
[0061] 本實施例中，電機控制裝置1還包括電機本體模塊14、分別與逆變器模塊13和傳 送系統(tǒng)3連接，用于驅(qū)動傳送系統(tǒng)3,此外本實施例中電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角實際由電機本體模塊14 根據(jù)電機電流、電機轉(zhuǎn)矩，以及電機轉(zhuǎn)子初始轉(zhuǎn)角給出。
[0062] 如圖4所示，傳動系統(tǒng)3采用傳動系質(zhì)量集中-分布模型，包括依次連接的電機轉(zhuǎn) 子31、轉(zhuǎn)子軸32、減差速器、離散軸組和輪胎組。
[0063] 減差速器包括依次連接的減差速器輸入軸33、減差速器中間軸34和減差速器輸 出軸35。
[0064] 離散軸組包括離散左半軸36和離散右半軸37,輪胎組包括左輪38和右輪39,離 散左半軸36和離散右半軸37的一端均與減差速器連接，另一端分別與左輪38和右輪39 連接。
[0065] 傳動系統(tǒng)3的MATLAB/simulink模型建立過程中充分考慮齒輪傳動過程中的嚙合 剛度、齒間側(cè)隙、半軸柔性的影響，由于集中質(zhì)量模型僅對振動系統(tǒng)低頻段有較高的精度， 為了更好地反映電機及間隙等非線性因素對動力傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的影響，建立離散化的 半軸分布質(zhì)量模型；輪38和右輪39建模過程中忽略輪胎非線性特性，并將整車等效慣量直 接加到輪38和右輪39胎體上來進(jìn)行傳動系統(tǒng)動力學(xué)和整車運動的等效模擬。
[0066] 考慮半軸柔性的傳動系統(tǒng)集中-分布質(zhì)量模型，可以在時域上反映