车辆机电复合传动振动能量传递机理及主动控制研究

Electromechanical transmission(EMT) is an important form of vehicle electric drives, torsional vibration control is a key core technology in the design of EMT system.The torsional vibration of EMT under the multi - source excitation is inevitable, which directly affects the comfort of the vehicle. In order to damp the torsional vibration of the transmission system and the vehicle vibration, The vibration energy transfer mechanism and basic theory and method of active control of torsional vibration under broadband fluctuation are studied. 1) The electromechanical coupling nonlinear vibration model is established, which reveals the mechanism and distribution of vibrational energy transfer of EMT. 2) The identification of amplitude and phase method of wide amplitude fluctuation is proposed. The active action mechanism of permanent magnet synchronous motor(PMSM) is studied, and the compensation mechanism of current harmonic injection is proposed to construct the adaptive torque control strategy. 3) Establishing the control method of the motor compensating torque under multi-constrain, The torsional vibration natural frequency modulating and amplitude suppression method based on the combination of the pole placement method and predictive feedforward-state feedback method is proposed. 4) the prototype of the electromechanical compound drive active controller is developed and the active control method is verified, realizing the low frequency vibration eliminating and damping of high frequency vibration, providing a new control method for the dynamic quality control of the EMT system.

机电复合传动是车辆电传动的一种重要形式，扭振控制是机电复合传动系统设计中一项关键技术。车辆行驶中多源激励下传动系统扭转振动会直接影响整车舒适性，为减少传动系统扭振和整车抖振，申请人以车用机电复合传动系统为研究对象，对宽频变幅激励下扭转振动能量传递机理及主动控制的关键问题开展基础理论和方法研究：1）建立机电耦合非线性振动模型，揭示振动能量传递机理和分布规律；2）提出高频变幅波动转矩幅值和相位识别方法，研究电机主动作动机理，提出谐波注入补偿控制机制，构建自适应高频波动转矩主动消减控制策略；3）构建多约束条件下的电机补偿转矩控制方法，提出基于极点配置和预测前馈-状态反馈结合的扭转振动固有频率调节和振幅抑制方法；4）研制机电复合传动主动控制器样机并验证主动控制方法，实现机电复合传动系统低频振动快速消减和高频振动有效抑制，为车辆机电复合传动系统动态品质控制提供新的技术路径。

本项目针对车辆机电复合传动系统机电耦合振动问题，围绕机电复合传动系统扭转振动能量传递特性与主动控制方法开展研究，提出基于永磁同步电机主动作动的传动系统宽频带调控和主动控制方法，对提升车辆机电复合传动系统的动态性能具有重要意义。.首先，以混合动力车辆机电复合传动系统为研究对象，建立了机电耦合非线性振动模型，提出了基于本征正交分解的振动能量分解和重构方法，获取了非线性振动能量时频域特性，揭示了振动能量传递机理和分布规律。研究结果表明，输入转速高时振动能量频率高，调制频率分布较宽，解决了主要能量成分和频率的准确识别难题，为振动控制提供了基础。.其次，提出了基于电机谐波注入的机电复合传动振动消减控制方法，建立了双闭环控制系统架构，推导了补偿谐波电流方程，设计了电压环谐波补偿环路和基于磁场定向控制算法的永磁同步电机双闭环控制器。仿真结果表明，通过谐波电流注入可使系统振动能量发生转移，机电复合传动系统振动得到有效抑制。.然后，针对机电复合传动车辆瞬态扭振抑制问题，提出了基于电机作动的机电复合传动扭振主动控制方法。建立了系统传递函数，研究了车辆瞬态工况多自由度系统动力学行为，揭示了瞬态扭振时域与频域特性及其产生机理。建立了基于车速和轮速反馈的扭矩滑模观测器，提出了模糊PD主动控制方法，仿真验证了算法的有效性和鲁棒性。.进一步研究了车辆稳态行驶工况下机电复合传动扭振主动控制策略，面向稳态非共振工况，提出了基于自适应滤波算法的发动机波动转矩主动补偿控制算法；面向稳态共振工况，提出了的双电机主从耦合扭振主动控制策略。研制了机电复合传动扭振控制器样机，完成了台架试验验证，试验结果表明减振效果达到60%以上。.本项目通过研究，实现了宽速域强激励作用下机电复合传动系统的扭转振动抑制，研究成果可为混合动力车辆机电复合传动系统动态品质和可靠性提升提供理论基础和有力支撑。