基于MATLAB的轮毂电机驱动电动汽车的平顺性研究

10.16638/ki.1671-7988.2019.02.045

基于MATLAB的轮毂电机驱动电动汽车的

平顺性研究

张丽萍，李勇凯，李争鹏

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州121001）

摘要：轮毂电机驱动技术是一种比较新颖的应用到电动汽车的驱动方式，作为新型能源汽车的一种，轮毂电机驱动车辆具有零尾气排放、传动结构简单高效、动力输出可控等诸多优点。但因轮毂电机的存在导致非簧载质量增加且电机激振力明显，导致电动车的舒适性差，操纵稳定性恶化。文章运用1/4电动车模型，应用频域分析法和时域分析法通过仿真分析振动系统在非簧载质量增加和电机运转时转矩波动引起的垂向激振力对车辆平顺性的影响。关键词：轮毂电机；电动汽车；平顺性

中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)02-132-05

Study on Smooth of Electric Vehicle Driven by Hub Motor Based on MATLAB

Zhang Liping, Li Yongkai, Li Zhengpeng

( Liaoning University of Technology School of Automobile and Transportation Engineering, Liaoning Jinzhou 121001 )

Abstract: Hub motor drive technology is a relatively novel driving method applied to electric vehicles. As a new type of energy vehicle, hub motor drive vehicles have many advantages such as zero exhaust emission, simple and efficient transmission structure, and controllable power output. However, due to the existence of hub Motors, the non-reed load quality increases and the motor excitation force is obvious, resulting in poor comfort and deterioration of operating stability of electric vehicles. This paper uses 1/4 electric vehicle model, frequency domain analysis method and time domain analysis method to analyze the influence of vertical vibration force on vehicle smoothness caused by vibration system in non-reed load quality increase and torque fluctuation during motor operation.

Keywords: hub motor; Electric vehicles; Smooth

CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)02-132-05

引言

随着世界范围内汽车保有量不断增加和工业生产的迅速发展，资源消耗和空气污染等问题日益严重，未来大力发展新型能源汽车是解决环境污染与能源危机的有效方法[1]。电动汽车以其如下优点而备受重视，车辆在使用过程中零污染（或超低污染）、能源利用更加多元高效，以及有利于实现智能化控制等多方面的技术优势。当前新能源汽车在世界范围内呈现加速发展态势。按照车辆提供驱动力的方式不同，可以将电动汽车大体上分为两类，即集中电机驱动和轮毂电机驱动电动汽车。轮毂电机驱动相比于集中电机驱动电动汽车布局更加合理、空间利用充分、能量便于回收等特点，轮毂电机驱动技术具有很好的发展和实际应用前景[2]。作为电动汽车未来技术发展的一个重要方向，轮毂电机驱动技术是当前国内外发展研究的重点和热点之一。由于新型的驱动形式和特殊的结构布局，加剧了车辆的垂向振动，导致了车辆的

作者简介：李勇凯，就读于辽宁工业大学。

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张丽萍 等：基于MATLAB 的轮毂电机驱动电动汽车的平顺性研究

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平顺性和操纵稳定性变差。本文轮毂电机选择开关磁阻电机，主要从非黄载质量增加和电机运转时产生的转矩波动两个方面对车辆垂向振动的影响进行研究[3]。

1 路面输入模型

轮毂电机驱动电动汽车行驶时，路面输入是系统的主要激励，对电动汽车进行平顺性分析时，首先研究路面输入。采用功率谱密度法，推导路面输入的时域模型，国际上常采用式（1）来表示路面功率谱密度G q (n )：

（1）

（2）

（3） 式中n 为空间频率；n 0=0.1m -1为参考空间频率；w 为频率指数，通常w=2；Gq(n 0)为路面不平度系数。f 为时间频率，u 为车速。路面等级分为八个等级，B 、C 级路面在城市中较为常见。采用理想单位白噪声输入，为了更准群的得反映路面的实际情况，我们引入下截止频率（n 00,取0.01）式（1）、式（2）、式（3）经过推导变换可以得出路面输入的时域表达式为：

（4）

q (t )—路面随机不平度位移；w (t )—均值为0和功率谱密度是1的高斯白噪声[4]

在Simulink 中建立单轮随机路面输入仿真模型如图1所示。

图1 单轮随机路面输入仿真模型

针对轮毂电机驱动电动汽车行驶路况的大致情况，本文选用路面不平度8级分类中的B 级路面进行研究，B 级路面的不平度系数为

，车速取为30km/h ，仿真

可得B 级路面输入谱，如图2所示。

图2 B 级路面输入谱

2 轮毂电机驱动电动汽车1/4汽车模型

选择8/6极开关磁阻电机作为轮毂电机，电机激励F (t )是由轮毂电机运转时由于转矩波动产生的，它是由电机的切向力和径向力在竖直方向的分力两部分组成[5]，如图3所示。

图3 电机径向力、切向力在竖直方向的合力

轮毂电机的径向力和切向力经过一系列的推到变换，得到电机激励F (t )的等式：

（5）

这里b 为极对极时气隙长度l g 的最短距离；转子半径r =R -b ，φ为转子初相角，通过控制各相绕组的接通与断开顺序来控制电机的旋转方向，通过控制绕组中电流的大小和开通和断开角度来控制电动机的转速，进而影响电机激励的大小。具体参数如表1所示：

表1 四相8/6极开关磁阻电机参数

仿真模型搭建过程：依据电机激励F (t )的方程式在Matlab 中进行编程，应用plot 函数得电机激振力在时间域内的图像，如图4所示。

图4 电机激励F(t)

在假设悬挂质量分配系数ε=1，轮毂电机驱动电动汽车

实际结构左右对称且左右车辙的不平度函数相等的情况下，轮毂电机驱动电动汽车简化为四分之一车两自由度振动系