分布式驱动电动车电机转矩波动与不平路面复合激励下轮胎高频动态特性研究

Distributed drive electric vehicle possesses distinct technical advantages and great development potential. However drive motors have intrinsic properties of torque ripple due to the characteristics of construction and control. Owing to the nearly direct connection between motor and wheel, the high circumferential frequency excitation induced from torque ripple acts on the wheel directly, which affects the tire vibration characteristics, energy losing properties and contact performance between tire and road. Meanwhile, the excitation of uneven road to tire reacts on the motor system, and it affects the motor’s fatigue lifetime and control performance. The core of this study is the tire high frequency dynamic properties modeling on uneven road. The features of the research are the analyses about the coupled characteristics between motor and tire and about tire energy losing properties under combined excitation of torque ripple and uneven road. The related researches have not be found to be published. This study focuses on:(1)the features of the motor torque ripple and the effect on the tire dynamic properties;(2)the modeling method of tire high frequency dynamic properties under combined excitation, including the modeling of flexible belt, the modeling of contact and slip properties of rubber elements of the tread, the modeling of tire temperature properties;(3) method of parameters identification and design of test procedure; (4) synthetically analysis of tire dynamic properties under combined condition . The research would provide necessarily theoretical basis and technical method in durability analysis of whole vehicle and key parts, design of advanced electronic control units, and drive system energy losing analysis for distributed drive electric vehicle.

分布式驱动电动车拥有鲜明的技术优势和巨大的发展潜力。但由于结构和控制特点，驱动电机具有固有的转矩波动特征。电机和车轮近乎直接连接，转矩波动产生的高频周向激励直接施加到车轮，影响轮胎的振动特性，能耗特性，路面接触特性。同时不平路面对轮胎的激励作用于电机系统，影响电机的疲劳寿命和控制性能。本研究的核心是不平路面下轮胎高频动态特性建模。特色是转矩波动和不平路面复合激励电机-轮胎耦合特性分析，轮胎能耗特性分析，其相关研究还未见发表。重点研究：（1）电机转矩波动的特点及对轮胎动态特性的影响。（2）复合激励下轮胎高频动态特性建模方法，包括柔性带束建模，胎面橡胶单元接触滑移特性建模，轮胎温度特性建模。（3）参数辨识方法及试验流程设计。（4）复合工况下，轮胎动态特性综合分析。本研究为分布式驱动电动车整车和关键零部件耐久性分析，先进电控单元设计，驱动系统能量损耗分析提供必要的理论基础和技术手段。

分布式驱动电动车拥有鲜明的技术优势和巨大的发展潜力。在分布式驱动电动车中，电机与轮胎直接连接，电机的转矩波动和不平路面都会对轮胎动态特性带来显著的影响，同时系统的动态特性也会影响电机的疲劳寿命和控制性能。主要研究内容包括：（1）电机转矩波动的特点及对轮胎动态特性的影响。（2）复合激励下轮胎高频动态特性建模方法，包括柔性带束建模，胎面橡胶单元接触滑移特性建模，轮胎温度特性建模。（3）参数辨识方法及试验流程设计。（4）复合工况下，轮胎动态特性综合分析。通过项目深入研究，（1）详细分析了电机转矩波动产生机理，建立了全面的电机转矩波动模型。（2）根据电机转矩波动的特点，不平路面上轮胎的接触特点，对轮胎的主要结构进行离散化建模，建模时，考虑了带束的各向弯曲特性，胎体变形特性，胎面接触，黏滑特性，橡胶非线性摩擦特性，基于Newmark算法和牛顿迭代算法，利用标准C语言，开发了模型求解程序，利用多工况轮胎动态试验数据，对所建模型进行了试验验证。考虑轮胎各部分的迟滞损耗特性，胎面与路面的摩擦损耗特性，轮胎各部分的传热特性，建立了轮胎热分析模型，并利用轮胎滚阻试验进行了模型验证。（3）利用现有试验条件，设计了参数辨识试验方法，根据模型结构和动态数据特点，建立了基于粒子群优化算法的多参数综合辨识方法。（4）将电机模型与轮胎高频动态模型进行连接，进行复合激励下，轮胎动态特性的综合分析，阐明了轮胎转矩波动，不平路面对轮胎动态特性的影响机理。所建轮胎动态模型达到国际同类模型水平，其中平面内实时动态模型（RTDTire）在普通pc机上实时系统达到0.65，垂向力和纵向力的综合精度最高85%以上，最低75%以上。将所建轮胎三维多工况离散模型（MultiDTire）与国际知名的轮胎耐久性仿真模型FTire进行对比，在验证工况下，所建模型的各向仿真精度均优于FTire，特别是侧向力和垂向力仿真结果。

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