适用于电动汽车的电机驱动系统设计与振动控制策略
成果信息
项目年度编号: 1900110370
限制使用: 国内
省市: 河南
中图分类号: U469.72
成果类别: 应用技术
成果公布年份: 2019
关键词: 电动汽车 电机驱动系统 新能源汽车
成果简介: 随着中国《十三五国家战略性新兴产业发展规划》中明确提出推动发展新能源汽车制造业的需求,对电动汽车驱动系统及其振动控制技术提出了更高要求。电动汽车驾驶的舒适度和操控的稳定性是评价电动汽车性能优劣的最重要两项指标,其主要取决于电机驱动系统与悬挂系统的性能好坏。项目组通过与新能源汽车企业等密切合作,在国家自然基金委、河南省科技厅、教育厅和郑州市政府的有力支持下,从高效率、高功率密度、低速大转矩及宽调速特性的电动汽车用驱动系统设计与高性能悬挂系统的振动控制策略两方面展开研究。取得的主要创新性成果如下: (1)针对电动汽车驱动用永磁电机气隙磁场不可调、调速范围有限等不足,基于“源电机理论”,从电磁相似性原理出发,设计了一类具有高转矩密度的新型“聚磁式”宽调速磁场调制电机。同时,通过特殊的聚磁结构设计、灵活的调磁方法有效实现了电机低速大转矩、宽调速以及全调速范围的高效率。 (2)针对新型驱动电机的结构特点,结合空间电压矢量控制,提出了磁场调制电机的一种宽调速控制技术。该技术在速度分区控制的基础上,低速区结合电机铜耗最小原理,高速区保持反电势q轴(交轴)分量恒定,对不同运行区域分别采用不同的控制策略,使电机在整个运行区间都能表现出良好的性能。 (3)针对驱动电机内部各电磁参数强耦合、随电机运行状态改变而变化的特点,提出了一种新颖的智能弱磁调速技术。该技术将模糊控制与粒子群优化算法相结合,根据电机在高速区的运行状态变化实施不同的控制策略,使电机效率得到进一步提高。 (4)为解决电机振动和路面激励引起的整车振动问题,提出了一种基于滤波-X自适应滤波振动主动控制技术。其中振动控制算法实现从车身结构中提取振动响应残差信号,将其应用到控制器结构和算法迭代过程中,构建了新的振动控制器,克服了振动反馈可能带来的整个控制系统不稳定问题。该技术的引入,提高了汽车行驶过程的平顺性和舒适性。 该项目在实施过程中,共获得国家发明专利授权12项;发表学术论文22篇,其中SCI、EI收录22篇(中科院JCR分区二区以上论文4篇);学术著作3本。研究成果获得河南省教育厅科技成果一、二等奖各1项。项目第一完成人黄全振博士先后获得河南省高校科技创新人才、河南省高校青年骨干教师、河南省学术带头人等人才称号。得到了谢菲尔德大学Z. Q. Zhu教授(英国皇家工程院院士、IEEE Fellow)、东南大学花为教授(青年长江学者、国家优青基金获得者)等国内外知名学者的引用和好评。国家一级查新机构上海科学技术情报研究所水平查新表明,该项目达到国际领先水平。上海市质量监督检验技术研究院在对送检的试验样机及其驱动系统进行检测后,检测报告表明该类电机及其驱动系统在最大转速、最大输出转矩及效率方面均表现优良。 该项目相关技术通过合作开发、技术推广应用等方式与湘潭顺达新材新能源汽车技术有限公司、国家电网河南省电力公司等国家大、中型企业合作开发,研发的电机驱动系统及振动控制技术应用于电动汽车、电力系统、矿山机械、智能制造等十多个领域,近三年直接经济效益约1.62亿元,利润约3800万元。同时,该项目提出的主动振动控制技术,在大型电力设备(电力变压器、电抗器)振动抑制、轨道交通、工业装备等领域有着巨大潜在经济、社会效益,应用前景广阔。
申报信息
推荐部门: 河南省教育厅
计划名称: 国家自然科学基金
相关人信息
完成单位: 河南工程学院 东南大学 国网河南省电力公司电力科学研究院 长沙顺达新材动力技术有限公司 国网河南省电力公司郑州供电公司
完成人: 黄全振 黄明明 张洋 阳辉 方建印 王柳 王超 王斌 刘凯
行业及专利信息
应用行业名称: 汽车制造
应用行业码: 372
转让信息
投资信息
推广信息
推广情况说明: 该项目在多项国家自然科学基金和省、部级项目的支持下,取得了一系列创新性研究理论成果,得到了国内外知名学者的引用和好评,相关研究项目组共发表学术论文22篇,其中SCI/EI收录22篇(中科院JCR分区二区以上论文4篇),获得国家发明专利授权12项,学术著作3部。 本项目研究成果在湘潭顺达新材新能源汽车技术有限公司、郴州顺达新能源汽车技术有限公司、怀化顺达新能源汽车技术有限公司、长沙顺达新材动力技术有限公司等公司进行投产应用。应用本项目创新点1设计的新型电动汽车驱动电机,和原来传统的永磁同步电机相比,在效率与功率密度基本不变的情况下,由于引入了电励磁使得其调速范围进一步增大,最高转速提升约30%;低速转矩输出能力则提升约15%。该新型电机于2016年投产后,当年新增产值近1600万元,2017年和2018年分别新增产值2600万和3800万左右。 针对应用于电动汽车的新型驱动电机,本项目利用创新点2和创新点3设计了新型电机控制器,实验表明该控制器可有效控制电机运行,性能安全可靠。自2016年投产后,最近三年其总的销售额增加了约3600万元。 本项目的创新点4和创新点5对解决电动汽车悬架系统的振动控制问题起了很大作用。面向主动悬架系统的智能控制算法与执行机构的完美结合,可有效增加或衰减电动汽车行驶过程中的系统能量,协助悬架系统控制车身姿态,改善汽车的操作性和安全性,增加了电动汽车驾驶的平顺性和舒适性。融入新的智能控制算法的主动悬架系统于2016年投产后,取得了良好的市场与社会效应,2016-2018年间,平均每年新增产值超过1500万元。 此外,本项目创新点5提出的主动振动控制技术在国家电网郑州供电公司得到了广泛应用,有效削弱了大型充油设备(电力变压器、电抗器)的振动问题,2016-2018年间共节约成本约1950万元。 综上所述,本项目所取得的技术成果,应用于企业生产、销售及客户的使用表明,至今已取得良好的经济与社会效益。
联系信息
联系单位名称: 河南工程学院
联系单位地址: 河南省郑州市新郑市龙湖镇中山北路1号
邮政编码: 451191