电动汽车机-电-路耦合系统建模及动力学分析

轮毂电机驱动的电动汽车簧下质量大导致轮胎动载荷增加,电机电磁力也会加剧车辆振动,同时车辆和道路通过动态轮胎力相互耦合.为了探究电动汽车的振动机理,建立电动汽车机-电-路耦合系统非线性动力学模型,考虑悬架刚度、阻尼和轮胎刚度的非线性,并在传统路面不平顺激励的基础上叠加了轮毂电机的电磁激励和车路耦合引起的路面二次激励.解析推导电机电磁激励的表达式,建立轮毂电机三维实体有限元模型,计算磁通分布及电磁转矩,验证理论结果的有效性.利用模态叠加法推导了两端简支黏弹性地基梁的垂向位移响应,将其作为路面二次激励引入耦合系统模型.以车身加速度、悬架动挠度、轮胎力和轮胎四次幂合力作为评价指标,分析电磁激励、路面二次激励、车速和车辆非线性对车辆平顺性和道路友好性的影响.研究发现,车辆非线性对车辆振动和道路友好性的影响最大,电磁激励的影响次之,路面二次激励的影响较小;车辆高速行驶时,车身振动加剧且车辆载荷对道路损伤的影响更为显著;路面越平坦,以上三个因素的影响越大.所提出的车辆与电机、道路一体化建模思路,可为电动汽车动态设计和道路友好性研究提供借鉴.