电动汽车起步台架模拟试验与分析

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汽车起步工况是电动汽车电驱动系统需要控制和研究的重要工况,其特性的优劣反映了电驱动系统及整车的控制策略。在进行整车试验之前,工程人员通常进行仿真和台架试验的方法对电驱动系统特性进行研究,以达到对电驱动系统的控制方法进行标定的目的。利用台架模拟试验可以真实、高效、低成本的对纯电动汽车进行台架模拟试验,在室内试验台架上对电动汽车驱动电机进行起步工况模拟试验,能够相对真实的再现整车的起步工况特性,在整车样机开发出来之前能够为电动汽车驱动电机起步性能测试提供试验条件。论文以搭建纯电动汽车整车仿真模型以及纯电动汽车驱动电机试验台并进行起步模拟试验为目标,分析了纯电动汽车起步过程,并根据纯电动汽车起步过程试验需求选择了合理的负载模拟控制算法实现了道路阻力模拟,然后以对纯电动汽车起步过程进行评价为目标,设计了不同坡度下的纯电动汽车起步工况,分别采用仿真和模拟试验的方法验证了纯电动汽车整车模型的有效性和负载模拟算法的可行性,在室内台架上初步实现了对纯电动汽车起步过程进行模拟与评价的目标。本文主要工作如下:(1)深入分析了纯电动汽车起步过程,根据课题组所研究车型的结构布置形式,对纯电动汽车进行动力学分析,根据国家相关要求,整理提出了纯电动汽车起步过程冲击度、起步时间、驱动电机电压和电流四个评价指标。(2)在Matlab/Simulink软件环境下搭建了基于PID控制的驾驶员模型、基于旋转坐标系的永磁同步电机数学模型、基于魔术公式的轮胎模型、基于传动结构形式的传动系模型和简化但保留基本控制逻辑的整车控制器模型。利用仿真模型进行了仿真试验,仿真结果验证了模型的有效性。(3)分析电动汽车驱动电机试验台数学模型的构成并建立了台架模拟数学模型。根据车辆纵向动力学特性,指出了台架模拟的难点在于加速度阻力项的模拟,分析了基于逆动力学模型的负载模拟方法和速度闭环控制算法,设计了基于转速预测控制负载模拟方法,实现了道路阻力的模拟。通过基于驾驶员模型对油门自动控制下的不同坡度(0%,10%,20%)的仿真分析,结果表明,与整车仿真结果相比,冲击度最大误差为0.4m s-3,且负载电机转速跟踪良好,证实所搭建的基于转速预测控制的电动汽车驱动电机试验台数学模型可以有效的模拟纯电动汽车起步过程,并能对纯电动汽车起步性能及品质进行有效的评价。(4)根据试验台架相关要求,选定了联轴器、主电源、功率分析仪等台架部件,搭建了电动汽车驱动电机试验台并进行了纯电动汽车起步过程台架模拟试验,通过对不同坡度下(0%,10%,20%)的不同油门开度(10%,30%,50%)的试验结果的分析,冲击度最大值约为2.4m s-3,且波动范围为-1.82m s-3。证实所提出的评价指标可以比较真实的反应纯电动汽车的起步性能及品质,基本实现了纯电动汽车起步过程台架模拟的目标。
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