CN107403040B - 一种基于振动能量传递的轮毂电机驱动车辆减振设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种轮毂电机驱动车辆减振设计方法，其技术方案如下：根据现有轮毂电机驱动车辆建立其振动的物理和数学模型；建立路面和轮毂电机电磁力模型；通过仿真分析，计算得到路面和电机激励下各关键点的振动能量及贡献率；根据分析结果，提出可行性改进方案，通过对比分析确定最优方案；获得最优方案的振动能量传递的敏感参数；以传递到车身的振动能量最小为优化目标，采用合适的优化算法对敏感参数进行优化设计；通过优化前后对比分析，对优化结果进行验证，并获得最终设计方案。本发明提出的减振设计方法可以有效改善轮毂电机驱动车辆的振动传递特性，提高车辆的平顺性和乘坐舒适性，同时为轮毂电机驱动车辆的减振控制奠定了一定的理论基础。

Description

一种基于振动能量传递的轮毂电机驱动车辆减振设计方法
技术领域
本发明涉及电动汽车的减振设计方法，尤其涉及一种轮毂电机驱动车辆的减振设计方法。
背景技术
相对于传统车辆来说，轮毂电机驱动车辆取消了离合器、差速器、机械式换挡装置、传动轴等部件，将驱动电机、减速机构等高度集成布置于车轮内，这一底盘结构的改变，使传动系统简化，传动效率提高，有效利用空间增大提高了车辆的通过性能。采用轮毂电机驱动的车辆有着无可比拟的优点，但同时也带来了各种各样的新问题。因为电机集成在轮毂里，其新的动力驱动系统和簧下结构的引用，使车辆主要振源和传递路径发生改变，从而产生了新的振动问题。另外，路面不平度激励还会引起电机气隙不均匀，从而导致电机的电磁特性发生改变，车辆振动特性亦发生改变。设计合适的轮毂电机结构，寻求合理的减振措施，对于改善轮毂电机驱动车辆的振动问题具有重要的理论意义和实用价值。
目前，轮毂电机驱动车辆的研究还处于起步阶段，关于轮毂电机驱动车辆的减振方面的研究工作还十分有限，据目前检索到的资料有限显示：专利WO02/083446_A1公开了一种轮毂电机和轮毂驱动系统的固定方法，专利CN201410520267.3(申请号)，公开了一种内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，专利CN201410524767.4(申请号)公开了一种带有电磁减振装置的轮毂电机驱动电动轮，上述专利考虑到了轮毂电机驱动车辆的减振问题，但重点均是针对轮毂电机驱动车辆结构的一体化集成方面的，而在相关基于振动能量传递的轮毂电机驱动车辆减振设计方法尚未有涉及。
发明内容
本发明的目的在于针对现有轮毂电机驱动车辆存在的振动问题，提供一种高效、可靠的轮毂电机驱动车辆减振设计方法。该方法从能量传递的角度出发对振动问题进行改善，其对于提高轮毂电机驱动车辆的振动性能具有重要的理论意义和实用价值。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
根据现有轮毂电机驱动车辆建立其振动物理模型，推导出其数学模型；考虑路面激励的相关性建立车辆的路面激励模型，并建立在路面激励作用下对应的电机电磁激励模型；计算并分析路面激励和电机激励下各传递路径上各关键点的振动能量及振动能量贡献率；根据轮毂电机驱动车辆振动能量传递的分析结果，从能量传递的角度出发提出可行性改进方案；通过对可行性改进方案进行对比分析，确定最优方案；分析车辆参数对改进方案的车辆振动能量传递的影响规律，获得车辆振动能量传递的敏感参数；选取车辆振动能量传递的敏感参数作为优化设计变量，以传递到车身的振动能量之和最小为优化目标，考虑车辆正常行驶工况和电机正常运行的可靠性与安全性，设定相应的约束条件；采用合适的优化算法对选定的车辆参数进行优化；将优化后模型与未优化前模型进行仿真对比，对优化结果进行验证，最终得到满足要求的轮毂电机结构和合理的车辆参数。
本发明的车辆减振设计方法适用于轮毂电机驱动车辆振动研究领域，利用该方法进行车辆减振的设计不仅可以减小路面传递到轮毂驱动电机的振动能量，提高轮毂电机驱动车辆的综合性能水平，还可以大大改善轮毂电机驱动车辆的平顺性和乘坐舒适性。本发明同时为轮毂电机驱动车辆的减振控制奠定了一定的理论基础。
附图说明
下面结合附图和实施实例对本发明做进一步说明。
图1是本发明轮毂电机驱动车辆减振设计方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1流程图所示，本发明提出的一种轮毂电机驱动车辆减振设计方法，其步骤包括：S1：轮毂电机驱动车辆振动模型的建立；S2：路面激励和轮毂电机激励模型的建立；S3：计算分析路面激励和电磁激励下车辆振动模型各关键点的振动能量及振动能量贡献率；S4：从振动能量传递的角度出发提出可行性改进方案；S5：通过对比分析确定最优方案；S6：获得车辆振动能量传递的敏感参数；S7：优化变量的选取，优化目标的确定和相应的约束条件的设置；S8：优化设计；S9：优化后仿真分析对比验证。
本发明的进一步优选方案是：
步骤S1轮毂电机驱动车辆振动模型的建立(包括物理模型和数学模型)，所述振动模型可以是1/4车辆模型、1/2车辆模型及整车模型。
步骤S2路面激励和轮毂电机激励模型的建立，所述激励模型可以是时域输入模型，也可以是频域输入模型。
步骤S3分析轮毂电机特殊结构对传递到车辆各关键点振动能量的影响，所述车辆各关键点是指传递到车辆轮胎、电机、车身对应的关键点，所述传递到车辆各个关键点的振动能量计算按照公式E(t)＝∫te(t)f(t)dt进行计算，其中e(t)是指传递到关键点力的大小，f(t)是指传递到关键点速度的大小。
步骤S4根据分析结果针对现有结构提出可行性改进方案并进行验证，所述改进轮毂电机结构的方案有很多，包括电机车轮集成化、电机悬置、电机吸振等多种改进方案。
步骤S5根据提出的可行性改进方案进行振动能量传递特性对比分析，以需要达到的性能要求为指标，确定最优方案。性能要求可以是传递到车身的振动能量、其他零部件传递的振动能量等。
步骤S6分析车辆参数对改进后轮毂电机驱动车辆振动能量传递的影响，所述车辆参数是指轮胎的刚度和阻尼、电机的质量、悬架的刚度和阻尼、车身质量等。
步骤S7优化变量的选取，优化目标的确定和相应的约束条件，所述优化变量可以是轮胎的刚度和阻尼、电机的质量、悬架的刚度和阻尼、车身质量等；所述优化目标需要设计者根据具体应用对象对车辆振动特性(主要为平顺性和乘坐舒适性)的使用要求进行设计，目标函数的制定并非唯一；所述约束条件是指考虑车辆正常行驶工况和电机正常运行的可靠性与安全性，需要对悬架动行程、轮胎动载荷和电机定转子位移量等作相应的约束。
步骤S8优化设计，所述优化设计可采用的优化算法有很多，可以采用遗传算法、神经网络算法、粒子群算法等。
步骤S9利用S8的优化结果进行优化前后仿真对比验证，获得最终的设计参数。

Claims (7)

1.一种基于振动能量传递的轮毂电机驱动车辆减振设计方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)根据现有轮毂电机驱动车辆建立其振动物理模型，推导出其数学模型；(2)考虑路面激励的相关性建立车辆的路面激励模型，并建立在路面激励作用下对应的电机电磁激励模型；(3)对轮毂电机驱动车辆进行仿真分析，计算路面激励和电机激励下各传递路径上传递到车辆轮胎、电机、车身对应的关键点的振动能量E(t)＝∫te(t)f(t)dt及振动能量贡献率；(4)根据轮毂电机驱动车辆振动能量传递的分析结果，从能量传递的角度出发提出可行性改进方案；(5)通过对提出的可行性方案进行对比分析，确定最优方案；(6)分析车辆参数对改进方案的车辆振动能量传递的影响规律，获得车辆振动能量传递的敏感参数；(7)选取车辆振动能量传递的敏感参数作为优化设计变量，以传递到车身的振动能量之和最小为优化目标，考虑车辆正常行驶工况和电机正常运行的可靠性与安全性，设定相应的约束条件；(8)采用合适的优化算法对选定的车辆参数进行优化；(9)将优化后模型与未优化前模型进行仿真对比，对优化结果进行验证，最终得到满足要求的轮毂电机结构和合理的车辆参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于振动能量传递的轮毂电机驱动车辆减振设计方法，其特征在于，所述步骤(1)车辆模型可以是1/4车辆模型、1/2车辆模型及整车模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于振动能量传递的轮毂电机驱动车辆减振设计方法，其特征在于，所述步骤(2)电机电磁激励模型的建立需要考虑路面激励下电机定转子气隙的变化。
4.根据权利要求1所述的一种基于振动能量传递的轮毂电机驱动车辆减振设计方法，其特征在于，所述步骤(3)车辆各个关键点是指传递到车辆轮胎、电机、车身对应的关键点，传递到各个关键点的振动能量计算按照公式E(t)＝∫te(t)f(t)dt进行计算，其中e(t)是指传递到关键点力的大小，f(t)是指传递到关键点速度的大小。
5.根据权利要求1所述的一种基于振动能量传递的轮毂电机驱动车辆减振设计方法，其特征在于，所述步骤(6)中车辆参数是指轮胎的刚度和阻尼、电机的质量、悬架的刚度和阻尼、车身质量。
6.根据权利要求1所述的一种基于振动能量传递的轮毂电机驱动车辆减振设计方法，其特征在于，所述步骤(7)考虑车辆正常行驶工况和电机正常运行的可靠性与安全性，需要对悬架动行程、轮胎动载荷、电机定转子位移量作相应的约束。
7.根据权利要求1所述的一种基于振动能量传递的轮毂电机驱动车辆减振设计方法，其特征在于，所述步骤(8)的优化算法包括：遗传算法、神经网络算法、粒子群算法。
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