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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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