集中驱动式电动车动力总成系统振动特性分析

建立某集中驱动式纯电动车动力总成系统的动态有限元模型,对作用于动力总成的各种激励进行分析和数值模拟。机械激励部分考虑齿轮传动系统的时变刚度、误差激励和齿轮冲击力,电磁激励部分通过永磁同步电机2D有限元电磁仿真得到作用于定子上的径向和切向电磁力波。将各类激励施加于动力总成箱体并进行动态响应求解,通过消声室整车试验验证仿真结果的准确性。结果表明,将动力总成视为整体、综合考虑各类激励的仿真方法能较好的预测电动车动力总成的振动特性。     

电动车动力总成在机械-电磁激励下的振动分析

以典型集中驱动式电动车的动力总成为研究对象,首先建立综合考虑驱动电机、传动系统、悬置支架以及冷却水套等影响的刚柔耦合模型,进行模态仿真分析与试验验证;然后分析作用于动力总成的电磁激励和机械激励,提出考虑电机控制策略影响的电磁激励仿真方法;最后进行电磁-机械综合激励作用下的电动车动力总成振动特性仿真与试验验证。结果表明,所提出的机-电-磁-控多物理场仿真方法可以有效的揭示多源动态激励对动力总成振动的影响,为电动车动力总成优化设计奠定理论基础。     

机车独立式司机室振动试验和仿真分析

机车车辆噪声、振动和不平顺问题对司乘人员的舒适度越来越重要。针对某型干线内燃机车运行过程中出现的司机室振动问题,通过机车负载试验、模态试验分析了司机室振动的频谱特性及其与车体振动的关联;建立整车的有限元模型计算结构模态和柴发机组激励产生的谐响应,分析了结构参数摄动对司机室振动特性的影响。结果显示,整车在16.43 Hz存在谐响应峰值,司机室振动主要由柴发机组1倍频激励下的整车耦合振动引起,材料厚度和刚度参数摄动对司机室的振动会产生显著影响。     

轴-壳耦合系统摩擦振动

推进轴系与壳体的组合是水下航行器的主要结构,而艉轴承支撑轴系与壳体连接中最大负载。采用有限元法与子结构模态分析法综合,建立轴系-壳体耦合结构有限元模型及子结构耦合模型,研究该耦合系统在摩擦激励下的振动特性,分析了摩擦引起系统自激振荡的影响因素及摩擦振动引起系统粘-滑运动的特点。旨在建立准确的轴、壳耦合系统振动的原理模型,分析摩擦力下系统振动响应。     

谐波注入在电动汽车动力总成电磁振动抑制中的应用EI北大核心CSCD

动力驱动总成的电磁振动水平严重影响着电动汽车的NVH性能。由于驱动电机结构的非理想和逆变器的非线性特性,电机的输出转矩存在较大的脉动。在一定的转速下,转矩谐波的频率会和动力总成的扭转模态频率一致,导致动力总成的共振。为了研究转矩脉动引起的电磁振动问题,建立了电机电磁模型和控制电路的联合仿真来对电磁激励进行分析,同时通过振动测试试验,认为动力总成在500~1500 r/min转速范围内的48阶振动是由转矩脉动引起的。为了抑制驱动电机输出的转矩脉动,采用谐波电流注入的方法来抵消电机运行时的谐波转矩,将RBF神经网络和遗传算法结合,对电流谐波进行优化。最后通过振动试验验证分析的准确性,结果表明,采用谐波注入的控制方法能够有效抑制动力总成的电磁振动。     

电机控制策略对电动车动力总成电磁振动的影响

旨在深入探讨电机控制策略对电动车动力总成电磁振动的影响。给出两类常用电机控制方法,即最大转矩电流比控制方法和直接转矩控制方法,搭建其电机控制模型;建立电机定转子二维电磁分析模型,对两类控制策略下的气隙磁密和电磁力进行仿真分析;并利用电动车动力总成机械结构模型,进一步分析动力总成关键点在两类控制方法下的振动响应。结果表明,所提供的综合考虑电机控制策略、电机本体电磁模型以及动力总成机械模型的联合仿真方法,可以有效预测电机控制策略对振动性能的影响,为从优化控制策略的角度,改善电动车的振动舒适性奠定理论基础。     

基于有限元的异步电机电磁振动分析

电机的电磁振动是电机电磁场与机械结构耦合的结果,要研究电机的电磁振动,需要将电机的电磁场和结构振动分析结合起来。通过有限元软件,采用一种弱磁-固耦合的方法,对异步电机的电磁振动特性进行分析。首先利用ANSOFT有限元软件建立异步电机的二维有限元模型,计算电机的瞬态电磁场,得到电机在给定转速稳态运行状态下的磁场分布和作用在定子上时变的电磁力;其次用ANSYS有限元软件建立异步电机结构的三维有限元模型,将ANSOFT软件得到的时变电磁力进行频谱分析并校正,然后施加到电机上,计算出电机结构的电磁振动响应。基于对电机电磁振动特性的分析,可以对电机的电磁参数和结构进行改进和优化设计,以降低电机的电磁振动     

复杂激励下有限长薄壁圆柱壳体导纳研究

导纳是衡量结构动态特性的重要指标，任何结构的振动响应特性本质上都可以用结构表面各点的导纳来表示。从经典的薄壁壳体振动方程出发，推导出有限长薄壁圆柱壳体在复杂激励下的驱动点导纳解析表达式，并对控制壳体振动响应的潜在机理进行了研究。结果发现，耦合导纳对输入壳体的振动能量可能起着重要作用。所给出的薄壁圆柱壳体导纳公式，可直接用于薄壁壳体基础上的主被动隔振研究。     

考虑电机控制策略影响的电动车动力总成振动分析

针对电动车动力总成存在的结构振动问题,提出机-电-磁-控一体的仿真方法,并在此基础上进行控制策略优化。首先,搭建综合考虑电机控制策略、电机电磁作用及详细机械结构的动力总成模型,体现所研究对象机电一体化的特点;然后进行电机电流、电磁力及总成振动响应的仿真与试验,验证所提多物理场仿真方法的正确性;最后从控制策略优化角度,而非机械结构改变角度,对系统进行了优化。结果表明,基于预测模型控制的直接转矩控制策略,与原有的基于最大转矩电流比的控制策略相比,更有利于降低电动车动力总成表面的振动响应。研究结果可为电动车动力传动系统的匹配、集成以及整体性能的提升提供参考。     

新能源汽车电机控制器盖板模态优化与振动噪声EI北大核心CSCD

新能源汽车驱动电机成为中国新能源汽车产业发展规划中的关键技术零部件,进而对车用电机的噪声、振动与声振粗糙度(noise,vibration and harshness,NVH)水平提出更高要求。分析了三合一电驱动总成噪声源和传递路径,并研究电机控制器盖板模态频率及刚度和电驱动总成噪声的关联性。然后建立电控盖板的模态优化求解模型,使用Hyperwork软件的Optistruct模块得到最优拓扑形态,指导电控盖板结构上增加环向筋和径向筋来提升模态频率和刚度。加筋优化后,电控盖板单体1阶自由模态频率从197 Hz增加到374 Hz,提高了89.8%,而2000 Hz以内的模态阶次数量从14个减少到9个,减少了盖板的共振次数。通过刚度和固有频率的关系式,可知优化后盖板刚度有明显增加。最后通过台架对照试验验证了电控盖板的优化可以减弱盖板的共振和受迫振动。从典型阶次噪声的阶次切片对比中,减速器一级齿轮21阶和二级齿轮13.16阶以及电机的24阶和48阶噪声对应的盖板振动加速度幅值降低3~7 dB,最终有效降低电驱动总成的噪声。     

基于工况识别的IWM-EV主动悬架MOPSO模糊滑模控制

轮毂电机电动汽车(in-wheel motor electric vehicle,IWM-EV)的电机激励与车辆系统的耦合特性严重的恶化车辆的动力学性能以及电机的工作稳定性,针对这种振动负效应问题,建立了考虑机电耦合的车辆动力学耦合模型,并设计了工况识别的主动悬架多目标粒子群(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)模糊滑模控制器。基于傅里叶级数法建立了轮毂电机的垂向不平衡激励与电机转矩的电机模型;将电机模型与车辆动力学模型结合建立了电机与悬架联合的垂向-驱动非线性动力学耦合模型。基于耦合模型分析了车辆的机电耦合振动负效应特性,针对模型强非线性的特点,设计了耦合模型的非线性控制器。仿真结果表明,控制器能既能有效的减小电机的相对偏心率,抑制电机不平衡电磁力,又能提升车辆动力学性能,有效的抑制了轮毂电机电动汽车的振动负效应。     

某直升机主减传动系统振动能量传递特性研究

基于超单元方法和节点有限元法建立考虑轴系柔性和机匣柔性的齿轮-转子-机匣耦合系统动力学模型,推导了各类齿轮副的啮合关系,以直升机主减速器为研究对象,通过振动响应试验验证了模型的有效性。从振动能量的角度研究耦合和不耦合柔性机匣两种情况下,齿轮副作为振动激励源时系统模型中产生的多级齿轮激励现象和作为传递结构时对振动能量的传递特性。研究结果表明:耦合机匣后,各级齿轮振动能量贡献占比的极值点数量减少,与目标点相邻的齿轮激励源在该节点处振动能量贡献占比整体上升,不相邻的齿轮激励源在该节点处能量贡献占比整体下降;齿轮啮合刚度和啮合阻尼比的增加会提高齿轮副对振动能量的传递能力,啮合误差的增加会降低其对振动能量的传递能力,而耦合柔性机匣会放大齿轮啮合特性对其振动能量传递能力的影响。     

电动车减/差速器振动特性分析及改进

以某纯电动车的减/差速器为研究对象,首先考虑齿轮啮合刚度、传动误差、齿侧间隙和轴承因素,建立了齿轮传动系模型;然后考虑传动轴、差速器壳体以及减速器壳体的柔性,建立了减/差速器系统综合耦合模型,对其进行动态响应仿真分析及试验验证;最后通过轮齿微观修形减小齿轮传递误差波动的幅值,降低壳体表面阶次振动的峰值。结果表明,所建立的综合耦合模型能较好的预测减/差速器系统的振动特性,揭示各个振动阶次产生的原因,轮齿修形可使齿轮副传递误差波动幅值和壳体表面阶次振动峰值分别降低40%和57%,对减/差速器啸叫问题的解决起到一定的积极作用。     

电动汽车-路面系统机电耦合建模及非线性振动分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量增大,导致轮胎动载荷增加,同时电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励,车轮振动进一步加剧汽车振动。鉴于此,考虑电机的电磁激励,建立了5自由度电动汽车-路面系统机电耦合非线性动力学模型,推导了路面振动引起的二次激励,分析了电动汽车的振动响应受路面不平顺、电机激励、路面二次激励综合作用的影响规律,以及车速和非线性参数对汽车响应的影响。结果表明:电机激励对非线性汽车模型的轮胎动载荷和车体加速度影响最大,悬架动挠度和俯仰角加速度的影响次之,座椅加速度的影响较小;在考虑电机激励的综合作用下,非线性模型对汽车响应的性能指标明显优于线性模型,尤其以轮胎动载荷最为显著;汽车系统的非线性参数中,悬架刚度平方非线性系数对汽车响应的影响最大,悬架阻尼不对称系数和轮胎非线性刚度系数的影响次之,悬架刚度立方非线性系数的影响最小。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车动力学分析提供参考与理论支持。     

车用永磁同步电机电磁噪声分析研究

以电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,从作用于电机定子表面的电磁力波和电机定子结构的动态特性两个方面对电动汽车驱动用永磁同步电机空载工况的电磁噪声展开研究.通过研究永磁同步电机产生电磁力波的机理,推导了空载工况电磁力波的解析分析方法,结合电磁仿真的手段,精确计算了电机在空载工况下电磁力波的波次、频率和幅值;通过建立电机定子结构的有限元仿真模型及有限元模态仿真计算,得到了定子结构的模态频率和振型.发现：电机定子结构的前6阶模态频率较低,电机空载工况在调速过程中所激发的电磁力容易引起电机定子结构的共振.该研究为电动汽车驱动用永磁同步电机的减振降噪提供了指导.     

异步电机静偏心状态电磁激励力的建模分析与实验研究

为了建立异步电机磁-固耦合动力学模型,并准确预测电机在不平衡运行状态下的气隙径向电磁激励力,推导转子-气隙系统的拉格朗日-麦克斯韦能量方程,采用4阶龙格库塔法计算异步电机存在静偏心时的转子振动响应的数值解,根据转子实际振动偏心计算各阶次不平衡电磁力波,最后分析转子主轴系统弯曲刚度以及初始静偏心大小对气隙磁场和径向电磁力的影响。通过实验研究验证了理论建模和数值计算的准确性。结果表明,在异步电机静偏心状态下,气隙磁场受转子振动偏心影响而发生改变,电机转子弯曲刚度越小且初始静偏心越大,气隙磁场的分布就越不均匀,导致电机定子受到的径向电磁激励力也会越大。因此,该模型和数值解有助于提高异步电机不平衡电磁力的计算精度,对细长主轴异步电机尤其有效。     

伺服关节驱动的柔性臂系统耦合动力学模型辨识与实验

针对整个伺服关节驱动的柔性机械臂系统,在考虑其机电、刚柔耦合特性的基础上,理论上进行了动力学建模。分析了包含直流伺服电机、谐波减速器以及伺服驱动器的伺服关节的驱动及摩擦特性,对实验中测到的电机匀速正反转数据进行线性拟合,得到了关节驱动模型中的库伦摩擦力常数和黏滞摩擦力系数。分别建立了从伺服电机驱动电压到光电编码器检测的电机转角、从伺服驱动电压到代表柔性臂振动的应变桥路输出之间的理论传递函数,以伪随机二进制序列为激励信号,通过实验辨识得到了此对应伺服关节柔性臂转动与振动耦合以及机电耦合的两个传递函数,在伪随机和正弦信号激励下,辨识得到的传递函数模型与实际结构的转动位移和振动响应具有较高的一致性。从而得到了伺服关节驱动的柔性臂系统刚柔耦合、机电耦合的动力学模型。     

某型电视机壳体结构动力学分析及改进

利用有限元软件ANSYS,建立长虹SF21366型电视机结构的参数化模型;对该结构的谐响应计算分析发现：电视机壳体结构的频率大多数落在道路能量最集中的080Hz频段,运输中易产生共振损坏。实现对该型电视机壳体结构的局部改进;并对比分析改进前后壳体动态特性参数,证实改进后的壳体结构动态特性优良。为该型电视机降噪设计和控制振动破坏提供理论依据。     

基于压电驱动的圆柱壳内振源振动传递控制

针对圆柱壳内振源振动通过环形支承向壳体传递的问题,提出一种基于压电作动器的主被动支承隔振方案,并通过振源-主被动支承-壳体耦合系统进行振动控制分析。根据Flugge壳理论,采用波传播法建立圆柱壳体振动模型,同时采用有限元方法建立振源及主被动支承的振动模型,最终使用子结构频响函数综合获得耦合系统振动模型。基于耦合系统模型和理想控制假设,在频域给出壳体振动可控性,并通过振源-主被动支承-壳体试验系统验证控制的有效性。仿真与试验结果表明,基于压电作动器的主被动隔振方案能显著降低壳体的宽带和线谱振动。     

考虑滑动轴承的轮毂电机扭转振动特性分析

针对轮毂电机多参数机电耦合振动问题,建立轮毂电机六自由度耦合振动模型,识别了滑动轴承油膜刚度阻尼、广义电磁力、定子轴系刚度和螺栓连接刚度。基于MATLAB/Simulink搭建系统仿真计算模型,求解轮毂电机在电磁力作用下的耦合振动响应,研究结果表明:永磁体磁场和电枢反应磁场相互作用产生的电磁力会导致定子产生新的扭振峰值。通过对比不同转速下电机的扭转振动响应,发现轮毂电机在低速区扭转振动幅值更大,为解决电动车的低速抖动问题提供了新的思路。