基于开关磁阻电机驱动的纯电动汽车设计及关键技术研究

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随着我国制造业的不断发展以及国家对环境污染问题的不断重视,汽车市场已经从单一的燃油动力汽车向各种形式的新能源汽车转变。在环境污染严重、能源日益短缺以及气候变化加剧的大环境影响下,电动汽车的出现给整个运输业带来了一股新的气息,它在一定程度上摆脱了对燃料的依附且不产生高噪声。因此,对其持久续航以及稳定控制的研究就显得尤为重要。本文以开关磁阻电机驱动的纯电动汽车作为研究对象,对动力传动系统参数匹配和电机智能化控制等关键技术展开设计与研究。  首先,对基于开关磁阻电机驱动的纯电动汽车进行了整车设计,根据其独特的结构特征和应用环境设置并校验了车辆技术参数和动力参数。根据技术参数和M2类车辆标准设计了流线性车形和承载式车身,引入电动助力转向技术凸显所设计的纯电动汽车的特色与优势;设计了整车控制系统,并做了软硬件搭建,在满足安全、稳定性的前提下,进行了参数可修改的人机交互功能设计,实现了控制系统的模块化。  其次,引入行星轮系和新型开关磁阻动力电机对纯电动汽车传统动力传动结构进行优化,设计了紧凑型无极变速传动系统,提高了功率传动效率和系统稳定性。通过整车动力性能和续驶能力等分析,在基于“轻量化”设计原则的基础上对本文所设计动力传动结构进行了参数匹配设计,一定程度上降低了纯电动汽车的整备质量。  由于开关磁阻电机特有的结构,采用机械式位置传感器实时检测电机转子跟踪速度,增加了复杂的传感器安装结构。本文创新性的以软件传感器的形式实现对电机转子的实时跟踪。根据开关磁阻电机磁饱和非线性特征在一定程度假设中建立数学模型,利用无迹卡尔曼滤波算法设计转子位置估计器对电机进行实时速度跟踪,并利用MATLAB建立动态仿真模型进行仿真分析,结果表明该方法的响应速度快,针对这种算法做的试验数据表明,该软件传感器克服算法线性误差上优势明显,对汽车变速响应性能有很大改善。  最后,对纯电动汽车的电机转矩脉动抑制进行了研究,利用转矩分配函数(TSF)设计了电机的转矩直接控制策略,并在 MATLAB/Simulink中进行了建模和仿真,结果表明所采用的控制策略无明显换相转矩脉动。同时,在ADVISOR仿真软件中建立纯电动汽车整车模型,在城市道路循环工况下验证其动力性能,与普通传动结构车辆相比,本文所设计纯电动汽车具有更好的动力性能表现,在提高能源利用率的同时提升了续驶里程。
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