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基于双转子电机的混合动力传动系动力学特性研究

陈营生  
【摘要】:动力传动系统是道路车辆的一个重要组成部分,它一定程度上决定了车辆的动力性、经济性、舒适性和耐久性等重要性能。混合动力汽车具有两个或两个以上的动力源,其动力传动系统则显得更加重要,行业内已把传动(驱动)系统的研究列为电动汽车的三大关键技术之一。 论文以一种具有自主知识产权的无级变速并联混合动力驱动系统——基于双转子电机的混合动力传动系为研究对象,利用理论推导分析、建模仿真研究和实验测试分析等方法,对传动系核心部件的动力学特性进行了研究,探索双动力源对系统特性的影响。论文主要从以下几个方面进行研究分析: (1)对传动系的组成结构和基本运行原理进行详细分析,阐述发动机和双转子电机在不同配合工况下,传动系统的混合驱动、混合驱动充电、纯电动、制动能量回馈、停车充电等工作模式,并着重运用行星机构的杠杆模拟法分析推导各种工作模式下系统的转矩和转速关系。 (2)以传动系统中的两级行星齿轮机构为主要研究对象,推导并建立系统的整体纯扭转动力学模型。利用有关参数对特征值问题进行求解,获取系统的固有特性,把系统的振动形式划分为整体扭转振动、前排行星轮振动和后排行星轮振动等三种振动模式,并分析各模式的基本特征。 (3)通过求解及分析不同连接刚度下模型的固有特性,验证行星轮振动模式的固有频率仅与轮齿啮合刚度及行星轮的转动惯量有关这一结论;此外,研究表明当连接刚度取较小值或取较大值时,系统整体振动模式下前排和后排的振型几乎不存在耦合。 (4)利用CATIA软件对减速机构的壳体以及双转子电机的壳体、外转子和内转子等关键构件进行三维建模,并用ABAQUS有限元软件进行模态分析,以作为其他分析研究的基础。 (5)利用Ansoft Maxwell建立双转子永磁同步电机的有限元模型,在对模型进行属性定义后,通过有限元求解软件,分析该电机的空载特性和齿槽转矩情况,以及负载情况下的转矩输出特性等。基于所加工的电机样机制定实验方案,利用传动试验台对样机进行详细的空载和负载实验,对各项性能的测试结果进行分析和验证。 (6)在Matlab/Simulink交互式仿真环境下,针对所推导建立的传动系核心机构的数学模型建立其仿真模型,利用实验所获得的电机波动转矩和某款发动机的波动输出转矩作为联合激励,仿真分析在不同工况下系统各构件的振动响应。结果显示由发动机引起的振动比电机的明显,而且上述两个激振源并不会导致传动系出现严重振动情况。


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