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原文传递电动汽车轮毂电机驱动系统动力学负效应及抑制研究

论文题名：	电动汽车轮毂电机驱动系统动力学负效应及抑制研究
关键词：	电动汽车;轮毂电机驱动系统;气隙偏心;径向电磁力;多目标优化
摘要：	伴随全球能源格局的深刻调整，车辆电动化成为汽车产业发展的重要方向，各个国家和地区都在积极推动电动汽车产业发展。与传统燃油汽车相比，电动汽车具有高能源效率、低行驶噪音、零尾气排放等优点。其中，轮毂电机驱动电动汽车凭借车轮独立驱动且响应迅速等优势，成为众多学者和企业的研究对象，拥有广阔的市场前景。然而，在轮毂电机驱动电动汽车实际行驶中，因道路激励、驾驶行为等外界扰动导致的轮毂电机气隙偏心无法避免。随之造成轮毂电机径向电磁力失衡将产生残余的不平衡径向力（力矩），引发电动汽车轮毂电机驱动系统动力学负效应，影响车辆平顺性与操纵稳定性响应。　　针对轮毂电机驱动电动汽车行驶过程中因外界扰动造成的轮毂电机驱动系统动力学负效应问题。本文从轮毂电机机-电-磁耦合机理出发，研究不同类型气隙偏心下的轮毂电机径向电磁力特性及其变化规律；根据外界扰动、轮毂电机驱动系统与车辆动力学三者间的响应关系，建立包含轮毂电机径向电磁力的车辆非线性动力学模型，明晰外界扰动对轮毂电机驱动电动汽车平顺性和操纵稳定性影响机制；为抑制电动汽车轮毂电机驱动系统动力学负效应，凭借轮毂开关磁阻电机多目标优化与轮毂电机驱动系统控制策略制定等手段，实现轮毂电机驱动系统响应特性与电动车辆动力学性能协同提升。主要研究内容如下：　　①根据电磁耦合方程、机电转换方程和电路驱动方程建立开关磁阻电机非线性模型；基于虚位移原理与麦克斯韦应力张量对水平、倾斜气隙偏心下的开关磁阻电机径向电磁力进行解析计算；为验证开关磁阻电机径向电磁力计算结果准确性，通过搭建开关磁阻电机径向电磁力测量台架，完成不同类型气隙偏心下的径向电磁力计算结果试验验证。　　②围绕道路激励、水平气隙偏心和不平衡径向力的响应关系，根据1/4车辆动力学模型运动方程与空间状态方程分析轮毂电机驱动系统垂向动力学时频特性；围绕驾驶行为、倾斜气隙偏心和不平衡径向力矩的响应关系，根据车辆操纵稳定性模型、轮毂电机驱动系统转向模型与非线性轮胎模型构建轮毂电机驱动系统纵横向动力学模型；设置转向盘角阶跃输入和正弦输入作为转向激励，研究车辆在转向和变道时的操纵稳定性响应。　　③为抑制轮毂开关磁阻电机定子凸极所受径向电磁力波动且降低不平衡径向力幅值，通过有限元分析探究开关磁阻电机径向电磁力空间特性；根据优化需求制定多目标优化函数，基于NSGA-Ⅱ优化算法对不同权重因子下的优化函数执行多目标优化，从而获取轮毂开关磁阻电机结构参数最优解集。　　④以车辆簧载质量加速度作为反馈信号，提出轮毂开关磁阻电机独立电流斩波控制策略；针对车辆行驶速度时变性特征，以车辆行驶加速度作为参考变量，通过数据插值筛选不同速度区间下轮毂开关磁阻电机控制器参数，实现轮毂电机驱动系统响应特性与电动车辆动力学性能协同最优输出。
作者：	李旭
专业：	机械工程;车辆工程
导师：	邓召学
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022