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驱动电机控制器NVH提升技术略

2020-10-16 04:55:27来源:励志吧0次阅读

驱动电机控制器--NVH提升技术

1 电动汽车NVH问题剖析

1.1整机模态弹性共振引发的高频啸叫问题

由于车用电机本体齿槽、磁场设计问题,其输出转矩中存在与机电转速成比例的转矩脉动阶次,在某些特定转速下某阶转矩脉动的频率会与整机的共振模态频率一致,导致电机整机的共振,进而产生高频啸叫声。如图1所示为某款电机的切向力在不同工作点下的转矩脉动,其在3000rpm时致使整机共振严重,进而产生极高的24阶噪声。

(a) 车用电机转矩脉动

(b)电驱动系统噪声分布图

图1

1.2传动系统扭振引发的整车纵向抖动问题

电动汽车传动系统由于电机本身的机械阻尼远低于内燃机,且其整车拓扑结构中一般不存在改变减振器、飞轮等被动阻尼和隔振部件,致使电动汽车传动系统在全部频率范围内振动传递率高,对共振的阻尼衰减特别不足,出现明显的欠阻尼特性,在输出转矩或负载产生突变时,会引发整车明显的纵向振动(图2),极大地降低了驾驶舒适性。

图2阶跃转矩及对应整车加速度振动

实际上,转矩突变进程中的振动是由于阶跃转矩中包括各阶次的转矩脉动,而纵向振动正是其中某阶次转矩脉动与传动系统共振频率一致而引发的,因此在某些低速起步工况,即便无负载突变依然会由于电机本身的转矩脉动而引发整车的纵向抖动。

综上所述,电驱动系统大部分的NVH问题可归结为电机输出的转矩脉动,其一方面存在于机电本身输出的转矩中,另一方面存在于转矩阶跃突变进程中,针对这两类转矩脉动问题,联合电子在不增加产品本钱的条件下给出了系统而全面的软件解决方案。

2 联合电子软件解决方案

2.1谐波电流抑制技术——消除谐波电流引发的转矩脉动

电流控制精确与否决定着车用电机的控制精度,由于传统矢量控制中仅对基波电流进行了有效控制,当出现机电本体三相设计不平衡、电流或角度采样误差、逆变器死区等问题,便极易导致被控电流中出现非期望谐波电流(图3),进而致使较大的转矩脉动。

图3控制不精确引发的谐波电流

本方案采取多同步坐标系下谐波电流抑制技术,即通过坐标变换将谐波电流提取出来,并将提取出的谐波电流在各自对应的旋转坐标系中利用PI控制器抑制为零。(图4)为谐波电流抑制前后的转矩波动对比结果,可以看出谐波电流抑制后转矩脉动明显下落。

图4谐波电流抑制前后转矩对比

2.2谐波电流注入技术——消除电机本体转矩脉动

谐波电流抑制技术仅能消除对电流控制不精确所产生的转矩脉动,而事实上电机输出的转矩脉动中还包括由于齿槽和蔼隙磁场非正弦所引发的转矩脉动,即在三相对称正弦电流鼓励下照旧存在的转矩脉动,但是,通过公道注入合适的谐波电流却可以到达转矩脉动抑制的效果(图5)。

图5谐波电流注入前后转矩脉动结果比较

因此,在谐波电流抑制的基础下,进一步展开谐波电流注入技术,通过谐波电流幅值与相位寻优找到适合抑制转矩脉动的谐波电流,并对各次谐波电流进行精确闭环控制,终究利用噪声测试装备验证谐波电流注入前后的电驱动系统NVH性能。实验结果表明(图6),谐波注入后电机啸叫声在全油门工况下最高着落13dB,而在半油门工况下着落高达17dB!极大的提高了电驱动系统的NVH品质。

(a) POT工况下机电24阶近场噪声

(b)WOT工况下机电24阶近场噪声

图6

除此之外,通过比较谐波电流注入前后电驱动系统效力发现,虽然谐波注入后低速下系统效率略有下落,但是系统效率MAP整体提升,乃至在某些工况下提升了最高3个百分点(图7)。

图 7谐波电流注入前后效力比较

2.3主动阻尼控制技术——消除转矩突变引发的转矩脉动

针对转矩突变引发的车辆抖动问题,可以通过着落转矩上升速率来方便解决,但是其所增加的转矩响应时间将大大下降整车的动力性及加速性能,而为了同时统筹整车NVH品质与加速性能,联合电子电驱动平台设计了主动阻尼控制技术,其通过对要求转矩的主动调解到达抑制车辆纵向抖动的目的。其对应的控制效果如图 10所示,可以看出采取主动阻尼控制后,在保证机电输出转矩快速响应性的情况下,电机转速波动得到明显抑制。

图8 主动阻尼前后机电抖动比较

综上所述,联合电子电驱动平台针对电动汽车NVH问题做了系统而全面的分析,并从软件的角度给出了较为完备的软件解决方案,并且已成功的应用到相干的客户项目上,为客户在不增加任何硬件本钱的情况下提升了产品的品质和竞争力。

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