设为首页|加入收藏
你的当前位置为:首页 >> betway必威体育注册补贴 >
电动汽车在行驶中车辆的振动分析
发布日期:2019-01-03 新闻来源: 正文字号
河北农业大学  瞿丹 成乐凯 张鹏 张明 刘振兴
引言
  传统车辆主要的动力来源是石油化工类燃料,它们使车辆排到大气中的尾气中包含了非常多的有毒有害的物质和引发气候变暖的温室气体,在一定程度上加快了全世界的气候变暖并影响生态环境;更重要的是,石油资源难以再生。
  正是由于目前的资源和环境状况,近年来电动汽车研究与开发受到了世界上各个国家的高度重视[1]。本文选用了一款结构简单、坚固、成本低、启动性能好、效率高,更加适合电动汽车动力性能要求的磁阻电机。振动问题是汽车厂家和消费者共同关注的问题。所以,本文选用SR电机作为激励对车辆启动时的振动响应问题加以研究,将汽车简化为五自由度系统,选取其中座椅和驾驶员这一自由度进行主要分析。直观地看出电动车启动时的振动问题,为解决电动汽车振动问题提供了新思路。
1 开关磁阻电机介绍
该系统是20世纪80年代发展起来的机电一体化交流调速系统,其结构较为简单,并且有着相当优越的调速性能,有着相当广阔的应用前景[2]。它的主要优点包含[3]:(1)高起动转矩、低起动电流;(2)高效率、低损耗、耐温;(3)电动机结构简单,适应于高速运转;(4)电动机的功率电路简单;(5)可靠性好;(6)良好的适应性、成本低。
2 搭载SR电机的电动汽车振动分析
2.1系统振动模型的建立
  结合本文所选择的电机类型以及我们对搭载此电机的电动汽车的振动研究侧重点,我们做了如下几点假设:
(1)假定此车在结构上对称,质量分配对称,且路面对汽车左右轮的激励相同。
(2)不计车轮的阻尼,对车轮的力学特性进行简化,将其简化成无质量的弹簧。
(3)假设车架与车架之间的弹性力以及减震器的阻尼力,分别是位移以及速度的一次函数。
  由此,五自由度的振动模型如图1所示。
2.2五个自由度系统的振动模型
  根据上文之中的条件,同时假设在某一个瞬时t,质心m相对应其静平衡位置产生了向上的位移x0,此时车体出现的仰角为θ,那么此时就能够计算出前、后轴上方及座椅下方车身的位移,分别如下 [4-7]。
  x1′=x0-L1θ       x2′=x0+L2θ    xp=x0-L3θ
  因为车身绕重心回转所需要的力矩平衡条件,可以获得车身仰俯角位移的振动微分方程:
Jθ-c1(L1x0-L12θ-L1θ)-k1(L1x0-L12θ-L1x1)+c2(L2x0+L22θ-L2θ)+k2(L2x0+L22θ-L2x2)-c3(L3x0-L32θ-L3θ)-k3(L3x0-L32θ-L3x3)=0(1)
通过同样的方法,可以获得前轴非悬挂质量位移x1、后轴非悬挂质量位移x2的微分方程,同时还能够获得人椅悬挂质量位移x3的振动微分方程,分别如下列公式:
m1x1+c1(x1-x0+L1θ)+k1(x1-x0+L1θ)+k4x1=F(t)(2)
m2x2+c2(x2-x0-L2θ)+k2(x2-x0-L2θ)+k5x2=0(3)
m3x3+c3(x3-x0+L3θ)+k3(x3-x0+L3θ)=0(4)
由于转动惯量J=mρ2,其中ρ为车身绕质心的回转半径,整理后可得:
m1x1-c1x0-k1x0+c1L1θ+k1L1θ+c1x1+(k1+k4)x1=F(t)(5)
m2x2-c2x0-k2x0-c2L2θ-k2L2θ+c2x2+(k2+k5)x2=0(6)
m3x3-c3x0-k3x0+c3L3θ+k3L3θ+c3x3+k3x3=0(7)
  联立,可用矩阵形式表示为:
[M]x+[C]x+[K]x=F
  式中:[M]为质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵,而x、x、x、F分别为位移、速度、加速度和激励的列向量,即
[M]=m11…m15 :   …  :m51…mij;   [C]=c11…c15 : …  :c51…cij;   [K]=k11…k15 :  …  :k51…kiji,j=1…5
 
2.3SR电机激励
  由力的合成和分解原理,取初相角为零,则激励源对系统在竖直方向的合力为[10]:
F(t)=■cos■t-■sin■t                                               nT≤t≤(n+■)T                                                                 (n+■)T≤t≤(n+1)T 0                                                                                      (n=0,1…)
(9)
此力即为 SR 电机对振动系统的竖直激振力。
3 仿真计算
对此车辆系统用MATLAB编程仿真,由于电机的激励力是一个周期力,选取n=5时,人们最敏感的座椅和人的等效质量m3的位移x1(m)、V1(m/s)速度和加速度a1(m/s2)随时间(t)的变化曲线分别如图2所示。
4 总结
  通过激振力的幅值开展比较,与响应图进行结合,能够发现导致车身以及人体-座椅振动的主要激振力就是电动机的径向力,特别是在电动机启动的初期表现得更加明显。所以在研究基于SRM驱动系统电动汽车的整车振动过程中,必须要从整体结构,对包括电动机在内的整车振动的情况开展分析,以驱动电动机作为激励源,对车身以及人体-座椅的稳态响应进行分析,将分析结果作为整车设计过程中的重要依据。同时还必须要做到统筹兼顾,在设法抑制电动机本身振动的同时,还要顾及它对整车振动激励的影响,从而提高电动汽车的可靠性与稳定性。
 

主管单位:河北省农业机械化管理局主办单位:河北省农业机械化研究所
版权所有:《河北betway必威体育注册》杂志社 未经许可不得转载、复制、摘登备案号:冀ICP备13013134号-1