[发明专利]一种轮毂电机驱动汽车的动惯性悬架模型的建立方法

说明书

本发明公开了一种轮毂电机驱动汽车的动惯性悬架模型的建立方法，该模型通过串并联组合弹簧、阻尼器和惯容器等元件而成，将SH‑PDD控制与动惯性悬架结合应用到轮毂电机驱动汽车上，本发明为轮毂驱动汽车抑制其垂向振动负效应，提供了一种新的悬架模型，能使其车辆的舒适性和操稳性得到显著提升。

技术领域

本发明属于轮毂电机驱动汽车悬架系统建模领域，尤其是对于应用惯容器装置的动惯性悬架系统建模。本发明涉及一种轮毂电机驱动汽车悬架的动态模型，特指一种基于SH-PDD控制算法轮毂电机驱动汽车的动惯性悬架模型的建立方法。

背景技术

轮毂电机驱动汽车被公认为未来电动车辆的理想构型。轮毂电机驱动汽车将电机直接布置在轮毂内，需要采用低速大转矩驱动电机，使得其功率密度和转矩密度降低的同时，导致车轮总成的质量大幅攀升。研究表明：轮毂电机驱动汽车簧下质量增大，致使车轮动载荷加剧，道路友好性下降，车身加速度均方根值增大。而且轮毂电机的引入使电动车存在着机电磁固耦合垂向振动问题。工作时电动轮受到路面激励，造成电机定转子偏心，电机定转子偏心会产生不平衡磁拉力，不平衡磁拉力作用在电机结构上加剧偏心，引起磁固耦合振动问题及噪声问题。轮毂电机导致的垂向振动负效应直接影响车辆平顺性和操稳性，严重制约轮毂电机驱动汽车性能优势的发挥，成为理论研究和产业发展亟待解决的技术瓶颈。

中国专利CN201910007813.6公开了一种新型轮毂驱动电动汽车悬架系统，来减轻路面对轮毂电机驱动汽车的激励，但由于传统悬架结构“弹簧-阻尼器”固有结构的性能束缚，缺失有效的“惯性元件”正是造成悬架指标难以协调，使得传统被动悬架形成更为折中的参数匹配方案，弱化悬架整体性能。

发明内容

基于上述原因，本发明提供了一种基于SH-PDD控制算法轮毂电机驱动汽车的动惯性悬架模型的建立方法，利用动惯性悬架能够调节垂向惯性的特性来抑制轮毂电机驱动汽车垂向振动负效应，并对动惯性悬架施加SH-PDD算法来进一步提升轮毂电机驱动汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性。

为构建上述模型，本发明所采用的技术方案为：一种基于混合天棚和功率驱动阻尼SH-PDD控制算法轮毂电机驱动汽车的动惯性悬架模型的建立方法，包括：

步骤1)：建立轮毂电机驱动汽车四分之一动惯性悬架模型，建立动力学方程：

其中，m_s为非簧载质量，k_s为悬架的支撑弹簧刚度，k_t为轮胎等效弹簧刚度，z_s为簧载质量的垂向位移，为簧载质量的垂向速度，为簧载质量的垂向加速度，b为惯容器的惯质系数，c为阻尼系数，z_r为路面不平度的垂向输入位移，F_{r_Z}为不平衡电磁力；z_us和m_us分别为电机定子的垂向加速度、垂向速度、质量和运动位移；z_ur和m_ur分别为电机转子的垂向加速度、垂向速度、质量和运动位移；k_m为电机定子与转子之间垂直方向的单刚度；

步骤2)：利用傅里叶级数方法求解轮毂电机中的总不平衡电磁力F_{r_Z}：

步骤3)：求解动惯性悬架各元件的功率；

步骤4)：利用SH-PDD控制算法来求解阻尼系数c。

进一步，所述步骤2)的具体过程为：

磁共能W_m表示为单极磁通量ψ(θ，i)与相电流i的积分：

式中，θ为电机定、转子间的相对角位移，

根据虚功原理和机电能量转换，电机第k相广义电磁力F_k为磁共能(W_m)对广义位移x的偏微分：