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原文传递电动转矩定向分配驱动桥虚拟样机与台架试验

论文题名：	电动转矩定向分配驱动桥虚拟样机与台架试验
关键词：	电动汽车;转矩定向分配;电驱动桥;台架试验;虚拟样机
摘要：	随着能源安全问题和环境污染问题日益严峻，在国家政策的良好引导下，近些年新能源汽车发展迅速，年产销量双双突破350万辆。然而随着电子信息技术的发展和市场的成熟，人们对于电动汽车的续驶里程、智能化水平和驾驶品质的要求也在逐步提高。目前我国电动汽车虽然在续驶里程和智能化水平方面可以与国外竞品同场竞技，但是性能品质、驱动效率、底盘动力学性能方面还有较大提升空间。　　为了发展高性能新能源电动汽车，除了增加电池总电量和使用高性能驱动电机等动力装置之外，研发高集成度先进电驱动技术成为了提升电动汽车性能的重要技术手段和发展方向。这其中，分布式电驱动系统由于其传动效率高、空间占用小、各轮独立可控的优势被公认为未来电动汽车的发展方向，但该技术目前受限于电机功率密度较低、散热性差、汽车簧下质量大、可靠性低等自身缺点，目前没有大规模地市场应用。本文针对传统电动汽车集中式驱动桥左右半轴“差速不差扭”的技术缺陷和分布式电驱动技术的发展瓶颈，创新提出了一种针对采用集中布置但各轮转矩可任意分配的新型电动转矩定向分配驱动桥（ElectricTorqueVectoringDrive-axle），旨在继承分布式驱动电动汽车的动力学优势、突破轮毂电机的技术瓶颈，为发展高性能的电动汽车提供技术与工程基础。本文依托吉林省科技发展计划项目-国际合作项目“高性能汽车转矩定向分配驱动桥设计与控制系统开发”（20180414011GH），针对课题组提出的一种电动转矩定向分配驱动桥构型，充分验证其转矩定向分配功能原理和对汽车转向特性的影响，对转矩定向分配原理进行了推导，并搭建了虚拟样机和试验台架，通过仿真与试验相结合的方式，验证了E-TVD转矩转速分配原理，并对该驱动桥对车辆转弯操纵性能的影响进行分析与验证，主要研究工作包括：　　（1）本文对所提出电动转矩定向分配驱动桥的结构特点、工作原理进行分析，并在完成参数匹配和模型搭建基础上对应用该E-TVD技术的电动汽车转向特性的变化进行仿真分析。首先，在介绍课题组发明的E-TVD基本结构的基础上，对其核心组成结构要素的特点进行分析，完成了满足整车使用要求的E-TVD结构优选。其次，介绍了作为本文研究对象的优选的电动转矩定向分配驱动桥得结构特点，研究了其转矩定向分配时左右轮转速、转矩原理关系，之后在完成结构参数匹配的基础上，搭建了系统的Simulink动力学仿真模型，并与建立的整车模型进行了联合仿真。最后，仿真结果表明，无论是定方向盘转角下转弯半径和横摆角速度的变化，还是定横摆角速度下方向盘转角输入的变化，都验证了所提出的电动转矩定向分配驱动桥对于汽车转向性能的影响，为以后通过E-TVD的轮间转矩分配实现对底盘动力学的控制奠定可行性研究基础。　　（2）本文对所提出电动转矩定向分配驱动桥建立了基于ADAMS多体动力学软件的虚拟样机模型，进一步研究了其转矩转速关系的合理性以及对左右半轴转矩响应差异的影响因素。首先，在CATIA软件中对提出的电动转矩定向分配驱动桥进行了参数化建模，通过UG与ADAMS的软件接口将电驱动桥三维模型导入ADAMS软件中，基于ADAMS软件建立了各部件约束，基于冲击函数法建立了各部件的碰撞模型，定义了各部件的材料，并添加负载与驱动，最终建立了驱动桥虚拟样机模型。在虚拟样机仿真试验中研究了电驱动桥的转速转矩关系，进一步验证了其可行性；最后，对左右半轴因结构布置差异带来的转速转矩的响应特性的差异进行了分析，研究了提高电驱动桥响应特性的影响因素，明确了未来优化方向。　　（3）设计加工了新型电动转矩定向分配驱动桥原理样机，并搭建了新型电动转矩定向分配驱动桥硬件在环试验台架，完成了E-TVD系统基本功能验证。在虚拟样机试验完成后，进行了电动转矩定向分配驱动桥试验台架的搭建，本文主要基于DSPACE工具链对台架进行设计。台架硬件系统中，对台架的驱动负载控制模块进行了设计，对其中使用的电机和电机驱动器进行了选取，根据现有条件对驱动桥设计进行了简化调整，设计并加工了E-TVD系统的物理样机。试验台软件系统使用了MATLAB/Simulink搭建离线模型，上位机软件使用ControlDesk对仿真试验过程进行数据的采集以及标定。在台架试验中，分别针对转矩特性和转速特性进行了试验，验证了驱动桥转速与转矩的输入输出关系以及E-TVD系统对整车转向特性的影响，完成了其可行性验证。
作者：	徐蒙
专业：	车辆工程
导师：	王军年
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022