电动汽车起步加速过程的动力学建模与仿真

学习必须

第29卷　第6期2009年11月

长安大学学报(自然科学版)

　JournalofChangπanUniversity(NaturalScienceEdition)

Vol.29　No.6

Nov.2009

文章编号:167128879(2009)0620098205

电动汽车起步加速过程的动力学建模与仿真

汪贵平1,2,马　建2,杨盼盼1,闫茂德1

(1.长安大学电子与控制工程学院,陕西西安710064;2.长安大学汽车学院,陕西西安710064)

摘　要:为了提高单电机驱动电动汽车起步加速过程的性能,通过对电动汽车的行驶阻力方程和无

刷直流电机数学模型的分析,建立了电动汽车起步加速过程的动态数学模型,实现了汽车与电机系统的有机结合。在此基础上,利用Matlab7.0/Simulink软件,建立了车速与电流双闭环调速系统的仿真模型,并对车速阶跃响应进行了仿真研究。结果表明,,能使电机获得良好的机械特性,,且具有超调小、响应快、控制精度高和抗干扰能力强等优点,。关键词:汽车工程;电动汽车;无刷直流电机;中图分类号:U469.72　　　:Aandsimulationofstartingand

accelerationforelectricvehicle

WANGGui2ping1,2,MAJian2,YANGPan2pan1,YANMao2de1

(1.SchoolofElectronicandControlEngineering,ChangπanUniversity,Xiπan710064,Shaanxi,China;

2.SchoolofAutomobile,ChangπanUniversity,Xiπan710064,Shaanxi,China)

Abstract:Inordertoenhancetheperformanceofstartingandaccelerationprocessesforelectricvehicle(EV)drivenbysingle2motor,thedynamicmodelispresentedbyanalyzingtheequationofrunningresistanceandthemathematicmodelofbrushlessdirectingcurrentmotor(BLDCM),whichcanrealizethereasonablecombinationofvehicleandmotor.Onthebasisofthisdynamicmodel,thesimulationmodelofvehiclespeedandcurrentdoubleclosed2loopspeedregulatingsys2temisestablished,andthestepresponseofvehiclespeedissimulatedbyemployingtheMatlab7.0/Simulinksoftware.Theresultsshowthat:themechanicalpropertiesofmotorcanbeim2provedbyusingspeedandcurrentdual2loopspeedcontrolstrategythatmakesthestartingandaccelerationprocessestocorrespondwiththedriverπsdrivinghabits;theovershootissmall,theoutputspeedfollowinginputsignalchangesquickly,andthesystemhasbetterperformanceandstrongeranti2interfereability.Therefore,thedoubleclosed2loopspeedregulatingsystemcansat2isfythedemandsofstartingandaccelerationprocessfordrivingsystemofEV.7figs,9refs.Keywords:automobileengineering;electricvehicle;brushlessdirectcurrentmotor;startingandaccelerationprocess;doubleclosed2loopspeedregulatingsystem

收稿日期:200921215

基金项目:陕西省重点科技攻关计划项目(2001K102G1)

作者简介:汪贵平(19632),男,湖北麻城人,教授,工学博士研究生,E2mail:gpwang@http://www.77cn.com.cn。

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第6期　　　　　　　　　　汪贵平,等:电动汽车起步加速过程的动力学建模与仿真99

0　引　言

汽车工业的可持续发展面临能源安全与环境保护的双重压力,电动汽车作为一种无污染和有效利用能源特性的绿色交通工具,在世界各国呈现加速发展的趋势[1]。电动汽车的电机驱动系统是研究的重点,其核心装置是电机及其控制器。无刷直流电机具有效率高、调速范围宽广平滑、起动及制动性能好和容易实现再生制动等一系列优点,已经在电动汽车中获得了广泛的应用。电动汽车在行驶过程中,其电源电压、道路状况和驾驶模式多变,为保证良好的驾驶特性和乘坐舒适性,对电动汽车起步加速和速度控制的研究具有重大的理论价值和实用意义[2]。文献[3]针对电动汽车的无阻尼和有阻尼加速过程,根据起步加速时间的要求,分别研究了电机的恒转矩和恒功率控制策略,但没有考虑电机动态模型;文献[4]建立了电动汽车用无刷直流电机的数学模型,对无刷直流电机及其转速/机的机械特性,性。为此,受力模型和无刷直流电机数学模型的分析,提出了电动汽车电机动态模型、输出转矩与车速的交互关系,建立了起步加速过程电动汽车的动态数学模型;进而采用车速与电流双闭环控制策略,对起步加速过程进行了分析与动态建模,并对其进行了仿真。

δ主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关,其计算式为

δ=1+I

r

2

w

m

+

22

mr

2

(3)

式中:Iw为车轮的转动惯量;If为飞轮的转动惯量;i0为主传动比;ig为变速器的速比;η为传动系的机械效率;r为车轮半径。

1.2　无刷直流电机的数学模型

永磁无刷直流电机的等效电路如图1所示。其中:Ua、Ub、Uc为三相输入电压;ia、ib、ic为三相定子电流;ea、eb、ec为三相反电动势;Ra=Rb=Rc=Rs为定子每相电阻;Ls为定子每相绕组的自感;Lm为任意两相绕组之间的互感;定义电感L=Ls-Lm

。

图1　无刷直流电机等效电路

对电机模型做以下假设[6]:①忽略齿槽效应和磁路饱和;②忽略磁滞、涡流、集肤效应和温度参数的影响;③定子绕组为60°相带整距绕组;④三相定子绕组对称。可以得出其电压平衡方程[7]为

UaUbU=

Rs0　

iaic

L　0

　dt

0　Rs00

　0

Rib+0　L　0

0　0　

+eb

dtdt

eea

1　电动汽车起步加速过程的建模

1.1　电动汽车起步加速的行驶阻力

(4)

电动汽车在起步加速过程中,需要克服的阻力有[5]:滚动阻力Ff、空气阻力Fw、坡道阻力Fi和加速阻力Fj。因此,电动汽车行驶的总阻力Ft为

(1)Ft=Ff+Fw+Fi+Fj

通过分析电动汽车的行驶阻力,可以得到电动汽车行驶方程式为

)+Ft=Ff+Fw+Fi+Fj=fmgcos(α

)+δ+mgsin(αm

21.15dt

2

当a、b两相导通时,设ia=-ib=Id,ea=-eb,则由式(4)可得无刷直流电机的动态电压方程为

Ua-Ub=2RsId+2L

+2eadt

(5)

设Ua-Ub=U,则有

U=2RsId+2L

+2eadt

(6)

(2)

式中:f为滚动阻力系数;m为电动汽车车身质量;g为重力加速度;α为电动汽车在坡道上行驶时道路的坡度角;CD为空气阻力系数;A为电动汽车迎风面积;V为电动汽车行驶速度;δ为电动汽车旋转质量转换系数;t为时间。

整理后,可得=-Id-+=-Id-+

dtLL2LT1L2L

(7)

式中:T1=L/Rs。

根据无刷直流电机的特性,其反电势幅值正比于速度。可表示为

(8)ea=keω

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Te-TL

=

21.15

2

式中:ke为反电势系数;ω为电机角速度。

根据电机拖动基本原理ea=-eb=keω

Te=

[8]

,则有

δ+km

dt

(13)

令C1=

=2keId

(9)ω

Te-TL=J

dt

式中:J为电机的转动惯量;Te为电机输出电磁转矩;TL为负载转矩。

根据式(7)和式(9),可得无刷直流电机的状态

ω

=

δ,C2=km,则可得出电动汽车

21.15

车速与电机输出转矩的关系式为

Te-TL=C1V

2

+C2

dt

(14)

由于电动汽车在起步阶段车速较低,C1V2可忽略不计,故式(14)可简写为< …… 此处隐藏：7026字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……