电动汽车传动系统扭振抑制方法研究
——基于前馈补偿与带通滤波的协同控制策略
一、问题背景与挑战
1.1 电动车传动系统特性
• 固有谐振特性:系统低阻尼导致5.8Hz固有频率(实测数据)
EV 的频率特性
• 工况敏感性:急加速/制动时电机转矩突变引发共振
• 非线性干扰源:齿轮齿隙(死区范围θ_dead=0.8°~1.2°)
1.2 现有方法局限
• 博世Anti-Jark策略:对常规路面有效,低附工况失效
• 传统前馈控制:忽略齿隙非线性,沙漠路面抖动超±1000rpm
• 模糊PID控制:相位补偿不足,响应延迟>50ms
驱动系统构成
二、核心控制策略
2.1 系统建模与参数辨识
2.2 前馈补偿器设计
创新点:
• 齿隙死区建模:分段线性函数补偿
• 微分增益计算:
• 控制效果:系统阻尼系数从0.15→1.0
2.3 反馈补偿器设计
带通滤波器参数:
• 中心频率:f_p=5.8Hz(谐振频率匹配)
• 传递函数:
• 相位补偿:在谐振频段实现180°相位反转
三、实车验证数据
3.1 城市铺装路面
城市铺装路面扭转振动控制实验结果 (三种模式)
3.2 越野工况
深雪路面:
• 轮速波动:±600 rpm → ±100 rpm
• 功率响应时间:缩短40%(800ms→480ms)
深雪工况扭转振动控制实验结果
沙漠路面:
• 反拖转矩波动:±180 Nm → ±50 Nm
• 抖动衰减时间:2.5s → 0.3s
沙漠工况扭转振动控制实验结果
四、工程应用建议
4.1 开发流程优化
1. 参数标定:
• 齿隙测量:激光测距仪实测θ_dead(精度±0.05°)
• 刚度标定:阶跃响应法获取K_d(误差<3%)
2. 控制器部署:
• 前馈补偿器更新频率:1kHz
• 反馈环路延迟:<0.5ms
4.2 故障诊断策略
• 谐振能量监测:
• 阈值设定:E_vib > 200 (rad²·s)触发报警
五、技术启示
1. 非线性建模必要性:齿轮齿隙死区显著影响控制稳定性
2. 相位补偿关键性:带通滤波器相位特性决定抗干扰能力
3. 全工况验证:需覆盖-30℃低温/50℃高温环境
本文核心价值:提供从建模、控制设计到实车标定的完整技术路径。
参考文献,张恺,《基于电机控制的新能源汽车传动系统扭振抑制方法》
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