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轻度HEV混合动力系统轴系机电耦合动力学特性的研究

岳东鹏  
【摘要】:本文根据轻度混合动力电动汽车(HEV)混合动力系统结构的特性,探讨了混合动力系统轴系在发动机系统和电气系统耦合作用下的振动问题。分析了其轴系扭转等振动产生的原因和特点。增进了对其轴系耦合动力特性和振动规律的全面了解,为设计和故障诊断及振动噪声控制提供详细的理论依据。 采用有限元的方法研究了TJ376QE汽油机曲轴及其轴系、混合动力系统轴系的动态特性。建立了包括曲轴和转子等部件的有限元模型,对不同曲轴系统进行了模态分析,得到了混合动力系统轴系在自由状态和约束状态下的固有频率和模态振型,并与TJ376QE汽油机轴系进行了对比。 建立了包括曲轴柔性体部件模型、活塞连杆组及转子在内的刚性体部件模型以及构件间约束和作用力模型,并将它们综合建立了混合动力系统轴系的多体动力学分析模型;仿真得出混合动力系统轴系在发动机模式下的三维振动情况,并通过实验测量验证了仿真分析结果。 在分析研究影响混合动力轴系振动的主要电机特性参数的基础上,对混合动力系统轴系处于机电耦合作用下的动力学特性进行了全面的分析。分别从电机发电和助推两种不同模式下系统轴系动力学特性进行了探讨,并和发动机模式对比得出一些有益的结论。还就电磁参数对轴系振动影响的机理进行了分析。同时还进行了转子与曲轴联结的可靠性分析计算。 根据理论研究的结果及实际运行当中的有关振动和噪声问题进行了一系列的实验研究。通过实验和理论结果的对比两者可以定性的一致。同时还进行了电磁作用对机体表面振动噪声影响的实验研究以及电机瞬态工况对系统性能影响的实验研究。 以扭振作为优化目标,仿真分析了不同转子惯量下轴系扭振的变化规律,进行不同的皮带轮对轴系扭振影响的理论研究,通过选用合理的扭振减振器参数做进一步的优化组合,还就电机的结构设计提出了一些有益的改进建议。


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