CN108416101A - 一种轮毂驱动系统多场耦合建模方法 - Google Patents

一种轮毂驱动系统多场耦合建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种轮毂电机驱动系统的多场耦合建模方法，其技术方案如下：根据轮毂电机驱动系统具体结构和所研究问题进行分析；确定轮毂电机驱动系统所涉及到的各物理场；采用合适的建模方法建立轮毂电机驱动系统各物理场分析模型，并对所建模型的正确性进行验证；从局部两场耦合模型入手，对各物理场的耦联机理进行分析；根据分析结果确定各物理场的耦合形式，并将全局多场耦合问题进行解耦，划分为一系列子问题(子模块)处理；建立子问题的耦合分析模型，并对其有效性进行验证；将所建所有子问题模型进行耦合，建立全局耦合分析模型。本发明提出的建模方法在考虑多场相互作用的同时，较好的兼顾了模型的精度和求解的难度，有较强的适用性。

Description

一种轮毂驱动系统多场耦合建模方法
技术领域
本发明涉及电动汽车纯电动驱动领域，尤其涉及一种轮毂电机驱动系统的多场耦合建模方法。
技术背景
轮毂电机驱动系统将轮毂电机、减速机构、制动器等高度集成布置于车轮内，新型底盘结构的引用，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。而作为轮毂电机驱动电动汽车的核心技术，轮毂电机驱动系统性能的优劣，将直接影响各驱动轮的驱动/制动性能和整车的行驶性能。因此，为了能够获得轮毂电机驱动系统的各向性能特性，在设计及应用阶段对其性能进行分析是必不可少的，而性能分析的前提是建立合适的分析模型。但轮毂电机驱动系统将轮毂电机、减速机构、制动器等高度集成于车轮内，狭小的空间内涉及到结构、电磁、热、流等多个物理场的作用，各物理场相互作用、相互影响，这无疑大大增加了轮毂驱动系统的建模难度。寻求适用于轮毂电机驱动系统多场耦合问题的建模方法，不仅对于提高轮毂电机驱动系统乃至整车行驶性能具有至关重要的作用，而且对于提高轮毂驱动系统设计效率、设计精度及完善轮毂电机驱动车辆设计理论都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，对于轮毂电机驱动系统的性能研究也大多是针对某一物理场进行分析和设计。但实际上，在轮毂电机驱动系统的多个物理场存在复杂的交叉耦合关系，结构场是关联性最大的场，所有场将随着结构场的变化而重新分布；同时，温度场也是影响范围较为广泛的场，几乎所有的场在不同程度上都受到了温度的影响；另外，电磁场对结构场和温度场、流场对结构场和温度场也有影响作用，分析中应该考虑多物理场的耦合作用。但是如果建模过程将所有的耦合关系均考虑去，一方面会导致模型过于复杂，参数含量较多，使得确定参数与给定系统动态特性的相关性就变得复杂繁琐，不易找到参数与系统动态特性之间的关系和规律；另一方面，会使模型状态变量增多，阶次较高，对这类高阶系统进行计算仿真是比较困难的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有轮毂电机驱动系统存在的多场耦合建模方面的难点，提供一种高效、可靠且适合于的轮毂电机驱动系统的多场耦合建模方法。该方法从局部两场耦合模型入手，通过场内场间耦合特性分析结果，在不显著降低分析精度的前提下，对物理模型依据一定原则进行适当的解耦，从而得到一个既合乎分析精度要求又满足仿真能力限制的简化的多场耦合分析模型。同时，由于轮毂驱动系统过于复杂，全局耦合一般也无法用准确的数学模型描述，因此，引入模块化建模方法，在明确轮毂电机驱动系统的目标性能和分析系统性能影响因素的基础上，根据系统中涉及的物理场、关系、耦合形式等对复杂系统进行分解，将全局问题划分为与系统目标性能有关的所要计算的子模块(子问题)，建立子模块的耦合模型并求解；在此基础上，分析子模块之间的耦联关系，继而建立多场耦合全局分析模型。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
根据轮毂电机驱动系统具体结构和所研究问题进行分析；根据分析结果，确定轮毂电机驱动系统所涉及到的各物理场；继而采用合适的建模方法建立轮毂电机驱动系统各物理场分析模型，并对所建模型的有效性和正确性进行验证；从局部两场耦合模型入手，对各物理场的耦合关系和耦联机理进行分析；根据分析结果，确定各物理场的耦合形式，并将全局多场耦合问题进行解耦，划分为一系列子问题(子模块)处理；进而从子问题着手，建立子问题(子模块)的耦合分析模型，并对其有效性进行验证；最终，将所建所有子问题(子模块)模型进行耦合，建立全局耦合分析模型。
本发明涉及电动汽车纯电动驱动领域，尤其涉及一种轮毂电机驱动系统的多场耦合建模方法。利用该方法对轮毂电机驱动系统进行建模，不仅考虑到了多场耦合效应对分析结果的影响，同时考虑到了模型的精度和求解的难度，其对于提高轮毂电机驱动系统、整车行驶性能及轮毂驱动系统设计效率和精度都具有重要的意义。本发明同时对于轮毂电机驱动车辆设计理论的完善也具有重要的理论意义和实用价值。
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多场耦合建模方法的流程图。
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驱动系统多场耦合建模方法，其步骤包括：S1：轮毂电机驱动系统具体结构和研究问题分析；S2：研究问题所涉及物理场的确定；S3：所涉及的各物理场模型的建立及模型有效性和正确性的验证；S4：从局部两场耦合模型入手进行各物理场耦联机理的分析；S5：各物理场耦合形式的确定；S6：全局多场耦合问题的解耦；S7：子问题(子模块)耦合模型的建立及有效性验证；S8：轮毂电机驱动系统全局耦合分析模型的建立。
本发明的进一步优选方案是：
步骤S1轮毂电机驱动系统具体结构和研究问题分析，所述具体结构可以是各种直驱式轮毂电机驱动系统和具有减速机构的轮毂电机驱动系统；所述研究问题可以是与轮毂电机驱动系统性能及整车性能相关的各种动态性能、电磁性能、热性能、NVH性能等。
步骤S2研究问题所涉及物理场的确定，所述物理场可以是和研究问题相关的电磁场、结构场、温度场、流场、振动场、噪声场等。
步骤S3所涉及的各物理场模型的建立及模型有效性和正确性的验证，所述各物理场模型可以是集中参数法等解析模型，也可以是有限元方法等建立的数值模型。
步骤S4从局部两场耦合模型入手进行各物理场耦联机理的分析，所述耦联机理包括：两物理场的耦合变量、耦合关系、强弱程度、关键影响参数等。
步骤S5各物理场耦合形式的确定，所述耦合形式包括：单向弱耦合、单向强耦合、双向弱耦合、双向强耦合。
步骤S6全局多场耦合问题的解耦，所述解耦是根据所研究的轮毂电机驱动系统的目标性能，将全局问题分解为子问题进行分析；如：轮毂驱动系统所涉及的转矩密度、散热性和轻量化问题，可将其分解为三个子问题，即动态性能分析子问题、流固耦合分析子问题和热传导分析子问题进行分析。
步骤S7子问题(子模块)耦合模型的建立及有效性验证，所述子问题(子模块)要根据具体问题进行分析得到，可以是电磁场、结构场、温度场、流场、振动场、噪声场等各物理场涉及到的问题；所述可以是集中参数法等解析模型，也可以是有限元方法等建立的数值模型。
步骤S8轮毂电机驱动系统全局耦合分析模型的建立，所述全局耦合分析模型是指所有子问题(子模块)模型的耦合。

Claims (7)

1.本发明公开一种轮毂驱动系统多场耦合建模方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)轮毂电机驱动系统具体结构和研究问题分析；(2)研究问题所涉及物理场的确定；(3)所涉及的各物理场模型的建立及模型有效性和正确性的验证；(4)从局部两场耦合模型入手进行各物理场耦联机理的分析；(5)各物理场耦合形式的确定；(6)全局多场耦合问题的解耦；(7)子问题(子模块)耦合模型的建立及有效性验证；(8)轮毂电机驱动系统全局耦合分析模型的建立。
2.根据权利要求1，所述轮毂驱动系统多场耦合建模方法，其特征在于，所述物理场可以是和研究问题相关的电磁场、结构场、温度场、流场、振动场、噪声场等。
3.根据权利要求1，所述轮毂驱动系统多场耦合建模方法，其特征在于，步骤(1)具体结构可以是各种形式的直驱轮毂电机驱动系统和具有减速机构的轮毂电机驱动系统；所述研究问题可以是与轮毂电机驱动系统性能及整车性能相关的各种动态性能、电磁性能、热性能、NVH性能等。
4.根据权利要求1，所述轮毂驱动系统多场耦合建模方法，其特征在于，所述步骤(3)各物理场模型可以是集中参数法等解析模型，也可以是有限元方法等建立的数值模型。
5.根据权利要求1，所述轮毂驱动系统多场耦合建模方法，其特征在于，所述步骤(4)耦联机理包括：各物理场的耦合变量、耦合关系、强弱程度、关键影响参数等。
6.根据权利要求1，所述轮毂驱动系统多场耦合建模方法，其特征在于，所述步骤(5)所述耦合形式包括：单向弱耦合、单向强耦合、双向弱耦合、双向强耦合。
7.根据权利要求1，所述轮毂驱动系统多场耦合建模方法，其特征在于，所述步骤(6)所述解耦是根据所研究的轮毂电机驱动系统的目标性能，将全局问题分解为一系列子问题进行分析。
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