純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)加速過(guò)程的建模與動(dòng)態(tài)仿真

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1、10技術(shù)縱橫輕型汽車技術(shù)2012(1／2)總269／270純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)加速過(guò)程的建模與動(dòng)態(tài)仿真閔紅(山東棗莊學(xué)院)摘要為了找出最佳的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制方法，本文以純電動(dòng)汽車的起步加速過(guò)程為研究方向，通過(guò)對(duì)純電動(dòng)汽車行駛過(guò)程受力模型和無(wú)刷電機(jī)(BLDCM)aJ~．學(xué)模型的分析，建立了起步加速過(guò)程電動(dòng)汽車的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，提出了車速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)。并利用MATLAB7．0／Simulink仿真軟件，對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果表明該調(diào)速系統(tǒng)完全滿足電動(dòng)汽車的起步加速控制。關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車加速過(guò)程建模雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真引言在電動(dòng)汽車行駛

2、過(guò)程中，其電源電壓、道路狀況和駕駛模式多變，從行駛安全、乘坐舒適性和車體機(jī)件保護(hù)等方面考慮，都需要對(duì)汽車加速度進(jìn)行合理的設(shè)定及控制，有效的加速度控制對(duì)電動(dòng)汽車運(yùn)行有著非常重要的意義[1J。而電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能主要決定于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為提高其性能，必須對(duì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特性及控制策略進(jìn)行分析研究。本文將車速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)引入電動(dòng)汽車調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用設(shè)定的速度、加速度信息直接控制作用于無(wú)刷直流電機(jī)上的電壓，以期改善電動(dòng)汽車速度和[：i~：o]j=fk-三eo1j+fL-O0RR]f]+[MM]殺匪]c-加速度的控制效果，提高系統(tǒng)的魯棒性。得到合適的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)降低驅(qū)動(dòng)

3、系統(tǒng)成本，減輕電源的負(fù)擔(dān)有著重大的理論價(jià)值和實(shí)用意義。1電動(dòng)汽車加速過(guò)程的建模TIJ-。(21．1無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型建立=一：一KTId(3)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的等效電路如圖1所示。為簡(jiǎn)化分析，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的性能分析基于式中T廠一電機(jī)轉(zhuǎn)矩以下假設(shè)[21：T_一負(fù)載轉(zhuǎn)矩1)電動(dòng)機(jī)處于非飽和狀態(tài)；2)所有定子繞組的電阻相等，且其自感和互感均為常值；3)逆變器中的K廣一轉(zhuǎn)矩系數(shù)I廠一方波電流的幅值功率半導(dǎo)體器件為理想器件；4)鐵損忽略不計(jì)。輕型汽車技術(shù)2012(1／2)總269／270技術(shù)縱橫11度；t為時(shí)間；i為減速器或變速器傳動(dòng)比；i。為主減GD‘_一電機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪力矩速器傳動(dòng)

4、比。在理想情況下，只有兩相定子繞組通電，設(shè)a、b1．3電動(dòng)汽車起步加速動(dòng)力學(xué)模型兩相導(dǎo)通，并令加在兩相繞組的平均電壓為u，則對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)其加速性能的好壞直接影電壓的平衡式為[41：響汽車的起步、提速，影響汽車的整體性能。電動(dòng)汽ud=b：2Ea+2RId+2(L—M)(4)車的加速能力與傳統(tǒng)燃油汽車一樣可用它在水平對(duì)(2)(3)(4)式進(jìn)行拉普拉斯變換：良好路面上行駛時(shí)能產(chǎn)生的加速度來(lái)評(píng)價(jià)。應(yīng)用牛頓第二定律，車輛的加速度可描述為：2)一TL(s)：殺sn(s)，、．F,-GfCOSO[一-Gsin僅dllFiTd(s)=KTId(s)——dt8M8MUs)一2K=2RId(

5、s)+2(L-M)sla(s)可以得到直流無(wú)刷電機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖2(6)汽車在路面正常行駛時(shí)，電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩所示。其中，TI=為電樞漏磁時(shí)間常數(shù)?？山茷椋篟；．375一-—·--———-—--——●K——一01)1+J廠圖2無(wú)刷直流電機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖擊l(Gfc0s+Gsin)r(7)1．2汽車起步加速過(guò)程的阻力模型l。11g純電動(dòng)汽車在起步加速階段，原地起步加速到Tf=FIr=gi一(8)，給定速度所需時(shí)間是反映其動(dòng)力性的重要指標(biāo)。電機(jī)提供的加速力矩使汽車在要求時(shí)間內(nèi)由靜止加速將(7)(8)代人(6)式，令青===k整理得到：到給定速度。在加速過(guò)程中總的阻力由滾動(dòng)阻力

6、Ff，CAUTD5~斗kSMaLl(9)空氣阻力Fw，坡道阻力Fi，加速阻力Fj組成。由汽車21．1理論方面知識(shí)，可建立如下的汽車行駛方程式：初始階段諫度很小時(shí)可以忽略．化簡(jiǎn)為：Ft=F@F+Fi+Fi=Gfc0++Gsi州．其中，F(xiàn)I為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)力，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；G為車身重力；a為道路坡度角；C。為汽車空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積；6為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量系數(shù)(可利用下列經(jīng)驗(yàn)公式予以估算：8=1+6l+82i20)；為汽車速圖3起步加速過(guò)程的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖l2技術(shù)縱橫輕型汽車技術(shù)2012(1／2)總269／270綜合以上各式，純電動(dòng)汽車加速過(guò)程的動(dòng)態(tài)結(jié)式中K：——電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，

7、取值5．21構(gòu)框圖如圖3所示。其中，一r：——電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)，取值C1=kSM，K1=30i~io一0．4s1Tr2。3PWM裝置的數(shù)學(xué)模型2起步加速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率變換器采用的是脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)。由于PWM裝置可以看成一個(gè)滯后本文是將車速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)引入電動(dòng)環(huán)節(jié)，進(jìn)而可以近似為一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)：汽車調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)V器均采用PI調(diào)節(jié)器且兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限ws(s)===音(13)幅的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓決定了電流調(diào)節(jié)器給