多轴车辆测功试验台多电机转速同步控制方法研究

作者:杨勇;周晓军;刘晨曦;陈道泉;李由力 刊名:振动与冲击 上传者:岳利霞

【摘要】针对多轴车辆测功试验台电机加载时的转速同步控制方法进行研究。分析车辆传动系统中常用机械传动元件的动力学特性,给出理想动力学模型。通过对模型进行不同排列组合,获得多轴测功试验台理想动力学模型。当车辆传动系统中存在足够数量的轮间、轴间行星齿轮差速器时,发现试验台的理想模型由独立电机模型组成,且各电机模型间不存在耦合关系。据差速反馈思想,提出用于试验台加载的转速同步控制策略,以保证试验系统各电机加载时转速同步性,并通过计算机仿真对差速控制策略的同步控制有效性进行验证。

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随着汽车工业的发展,多轴驱动车辆应用愈加广泛。为更好测试多轴驱动车辆性能,需对多轴测功试验台进行研究。在多轴测功试验台上进行车辆试验时,传动系统由发动机驱动,各测功电机模拟车辆负载。对试验台控制系统而言,当电机施加负载时,系统控制及车辆试验精度会受各电机间转速同步性能影响。电机间转速同步性越好上述精度越高。因此,必须保证加载电机间转速的同步性[1-2]。车辆的传动系统通过不同机械元件实现每个车轮的动力分配。传动系统存在差速器时,欲在试验时保持各电机转速同步,需使电机据车辆动力分配进行加载。此外,引起电机转速不同步的原因主要有:1电机、齿轮箱、变频器等机械、电子器件均存在离散性。即使元器件标称参数相同,其真实参数及性能也不可能完全相同。因此各电机在目标载荷设定值符合车辆动力分配要求情况下,实际施加的负载不可能完全与车辆动力分配要求一致。因此会导致各电机间转速不同步。2测功电机接入传动系统后,使各电机的动力学模型之间存在一定程度的相互耦合。使某个电机的动力学特性受其它电机影响。因此即使各电机实际施加的负载完全符合车辆动力分配要求,因存在耦合,也可能导致各电机间转速不同步。任何多轴车辆测功试验系统均存在上述问题,且较难消除。欲提高多轴测功试验台电机间转速的同步性能,除需使电机按车辆动力分配要求加载外,尚须对整个系统进行模型分析,并设计控制算法解决转速同步问题。本文对车辆传动系统中常见的机械元件进行理想化建模,发现通过组合形成多轴车辆试验台理想化动力学模型。传动系统中存在足够数量的轴间行星齿轮差速器及轮间行星齿轮差速器时每个电机的理想动力学模型是独立的,不受车辆传动系统耦合影响。据差速反馈思想,提出多电机加载时的转速同步控制策略,以保证多电机加载时转速的同步性能。1多电机加载系统理想动力学建模多轴试验台测控系统控制对象是由多个测功电机与车辆传动系统通过万向联轴器连成机械传动系统。建立多轴试验台多电机加载系统理想动态模型时需综合不同类型机械传动元件的动力学特性,忽略传动系统自身的摩擦、阻尼影响及机械惯量。不同类型机械传动元件的输入、输出端之间存在不同的动力学关系[3-4]。1.1传动轴扭矩通过传动轴传递,忽略传动轴惯量,其动力学关系为Mout+Min=0(1)式中:Min为传动轴输入力矩;Mout为输出力矩。1.2变速箱常用变速箱多为齿轮传动,在传动比确定情况下变速箱各端动力学关系为Mout+Ming=0out=in/}g(2)式中:Min为变速箱输入力矩;in为输入转速;Mout为输出力矩;out为输出转速;g为传动比。1.3连接测功电机的驱动桥常见驱动桥中存在轮间差速器,且为对称式行星齿轮差速器,因此连接测功电机的驱动桥各端动力学关系为M1-I11=M2-I22M1-I11+M2-I22+Mind=01+2=2in/}d(3)式中:M1,M2为驱动桥两端电机扭矩;1,2为两端电机转速;I1,I2为两端电机转动惯量;Min为输入力矩;in为输入转速;d为传动比。1.4连接测功电机的贯通桥常见贯通桥中有轮间差速器、轴间差速器各一。前者为对称式行星齿轮差速器,后者则据车辆扭矩分配需要为对称式或非对称式行星齿轮差速器。因此连接测功电机的贯通桥各端动力学关系为M1-I11=M2-I22M1-I11+M2-I22=pMoutpM1-I11+M2-I22+Moutp+Minp=0out+p1+22p=(1+p)?in(4)式中:M1,M2为贯通桥两端电机扭矩;1,2为两端电机转速;I1,I2为两端电机转动惯量;Min为输入力矩;in为输入转速;Mout为输出力矩;o

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