一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法
【专利摘要】本发明涉及电动汽车驱动电机与传动系的振动耦合领域，公开了一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，该检测系统包括采集模块、分析模块以及控制模块。采集模块布置在电机和车身结构表面的车门、后备箱盖、引擎盖、车顶、翼子板等区域，用于检测电机和车身结构表面的实时振动情况。本发明通过实时检测振动加速度信号来判断电机和车身结构表面的振动情况，一旦振动加速度超过所设阈值，此时电机的转速即为我们所要找出的目标转速，目标转速为控制模块控制电机迅速跨越目标转速提供参考依据，该系统检测效率高，应用范围广，响应迅速，能大大提高汽车驾驶的舒适度。
【专利说明】
一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法
技术领域
[0001]本发明属于电动汽车驱动电机与车身结构表面的振动耦合领域，更具体地说是涉及一种能实时检测电动汽车驱动电机与车身结构表面共振转速的控制系统和方法。
【背景技术】
[0002]电动汽车以其能源的洁净，满足了日趋严格的汽车排放法规的要求，对于缓解生化能源的压力和环境保护有着积极的意义。主观上很多人认为，与传统的内燃机汽车相比，电动汽车在振动与噪声方面具有非常大的优势。但实质上，驱动电机的振动和车身结构表面的振动存在着较强的耦合，匹配不好的电动汽车，其振动与噪声特性甚至还不及内燃机汽车。现阶段，对于电动汽车驱动电机与车身结构表面的振动耦合研究的文献和专利较少，大多集中在驱动电机振动与抑制、车身结构表面振动与抑制，以及驱动电机的控制方面。驱动电机的振动控制主要集中在以下几个领域:电机转子的偏心、电机气隙磁场的变化、输出转矩波动的控制以及输出转速的控制等。其中，电机输出转速的控制是最常见的方式，目前避免电动汽车共振的方法主要是通过调节电动机的转速，越过共振速度点。但目前现有文献这方面的控制主要还是处于静态的，通过提前预设危险速度点来控制电机的输出转速，对电动汽车驱动电机和车身结构表面之间的振动分析大多数相对独立的，所研究对象的固有振动频率基本上为静态的，不能随着汽车的工作状态和载荷的改变而进行实时控制。即使单独的控制，其控制的实时性、准确性和鲁棒性也值得商榷。例如现有技术中存在一种避免汽车共振的控制系统，它在控制模块内预设有共振速度点及对应的共振速度上偏移量和共振速度下偏移量(共振速度点加上共振速度上偏移量为共振速度上偏移点，共振速度点加上共振速度下偏移量为共振速度下偏移点)，当数据采集模块检测到电机运行的实际转速与共振速度上偏移点或共振速度下偏移点相对应时，控制模块控制电机提高加速度以越过共振速度点。这种做法并不符合汽车实际运行的情况。根据固有频率公式可知，不同质量情况下，汽车这个系统的固有频率是不一样的，在日常使用汽车时，车内载重和乘客数量都是变化的，所以上述所举的现有技术不符合实际的汽车使用情况。驱动电机和车身结构表面之间的振动存在复杂且实时的耦合关系，随着汽车运行工况以及道路工况的变化，只有对二者的耦合关系进行实时的检测，找出实时的目标转速(即共振转速或振动加速度超过所设阈值时对应的转速)，控制模块以此为依据对电机进行调速，才能从根本上抑制或者消除耦合振动，从而提升整车的NVH特性，改善电机的工作效率，延长电机和车身结构表面的寿命O
【发明内容】
[0003]针对上述实际需求，本发明所要解决的技术问题是提供一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，对驱动电机与车身结构表面的振动耦合进行实时检测，找出电动汽车在不同工况下，不同载荷下车身结构表面振动超过所设阈值时对应的电机转速，为改善耦合振动提供准确的依据，提高汽车驾驶的舒适度和安全性。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，其特征在于，所述的一种避免电动汽车共振的实时检测系统主要包括采集模块、分析模块以及控制模块三个模块。所述采集模块由磁性固定基座、设置于磁性固定基座上的振动加速度传感器，振动数据采集卡和通电元件组成。振动加速度传感器和通电元件布置在电机和车身结构表面的车门、后备箱盖、引擎盖、车顶、翼子板等区域。所述通电元件与所述待测电动机供电连接，所述振动加速度传感器通过磁性固定基座与所述待测电动机和车身结构表面粘接，用于检测所述区域的振动加速度信号。所述分析模块由抗混叠滤波器和振动数据采集分析软件组成，用于根据采集模块检测出的振动加速度信号得到所述待测电动机和车身结构表面的振动模态参数，找出此时电机和车身结构表面对应的目标转速(即共振转速或振动加速度超过所设阈值时对应的转速)。所述控制模块由直流电源、电位器自动调节系统、外围电路、调速驱动器等组成，接收来自分析模块的调速信号，用于调节电动机的转速。所述的一种避免电动汽车共振的控制方法包括如下步骤:
(1)采集模块采集电机和车身结构表面的车门、后备箱盖、引擎盖、车顶、翼子板等区域的振动加速度信号，
(2)分析模块处理和分析来自采集模块的振动加速度信号，根据阈值对比分析结果做出判断，车身结构表面是否超过所设阈值，
(3)如果分析模块判定此刻车身结构表面振动超过所设阈值，则此时的初始转速即为我们所要找的此时此种工况下的目标转速，控制系统进入转速控制模式，速度补偿计算器算出跨过共振速度点所需补偿的转速，然后将该速度补偿信号与初始转速信号相加，得到实际所需的转速信号，控制模块接收到实际所需的转速信号后，控制电机转速，快速跨越目标转速，
(4)如果分析模块判定此刻车身结构表面没有超过所设阈值，则不触发控制模块，采集模块和分析模块继续检测电机和车身结构表面的振动情况。
[0005]本发明与现有技术相比，具有的有益效果是:
(I)对驱动电机与车身结构表面的振动耦合进行实时检测，为控制模块控制电机避开共振(或超过所设阈值的振动)提供准确依据，响应迅速，应用范围广，减振效果明显，这比在控制模块预设判断程序更具有实际意义。
[0006](2)本专利可以对复杂道路情况和电动汽车工作情况进行更细节的分析，使各项检测指标更精确，同时将振动检测的误判降到了最低。
[0007](3)本专利可以用于指导驱动电机与结构的优化设计、匹配，提高驱动电机的工作效率，提升疲劳寿命，改善整车的NVH品质，提升车辆的舒适性，从而提高了车辆的主动安全性。
[0008](4)本专利还可以推广到大型水电机组、电动飞机等类似工程领域，因此也具有重要的工程应用价值。
【附图说明】
[0009]图1实时检测系统工作示意图。
[0010]图2实时检测系统工作流程图。
【具体实施方式】
[0011]以下将结合附图1和2，对本发明的【具体实施方式】做进一步详细描述。但这些实施方式不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0012]本专利发明的一种避免电动汽车共振的实时检测系统主要包括采集模块、分析模块以及控制模块三个模块。所述采集模块由磁性固定基座、设置于磁性固定基座上的振动加速度传感器，振动数据采集卡和通电元件组成，振动加速度传感器和通电元件布置在电机和车身结构表面的车门、后备箱盖、引擎盖、车顶、翼子板等区域。所述通电元件与所述待测电动机供电连接，所述振动加速度传感器通过磁性固定基座与所述待测电动机和车身结构表面粘接，用于检测所述区域的振动加速度信号。所述分析模块由抗混叠滤波器和振动数据采集分析软件组成，用于根据采集模块检测出的振动加速度信号得到所述待测电动机和车身结构表面的振动模态参数，找出此时电机和车身结构表面对应的目标转速(即共振转速或振动加速度超过所设阈值时对应的转速)。所述控制模块由直流电源、电位器自动调节系统、外围电路、调速驱动器等组成，接收来自分析模块的调速信号，进而调节电动机的转速。
[0013]具体控制方法包括如下步骤:
(1)采集模块采集电机和车身结构表面的车门、后备箱盖、引擎盖、车顶、翼子板等区域的振动加速度信号，
(2)分析模块处理和分析来自采集模块的振动加速度信号，根据阈值对比分析结果做出判断，车身结构表面振动是否超过所设阈值，
(3)如果分析模块判定此刻车身结构表面振动是否超过所设阈值，则此时的初始转速即为我们所要找的此时此种工况下的目标转速，控制系统进入转速控制模式，速度补偿计算器算出跨过共振速度点所需补偿的转速，然后将该速度补偿信号与初始转速信号相加，得到实际所需的转速信号，控制模块接收到实际所需的转速信号后，控制电机转速，快速跨越目标转速，
(4)如果分析模块判定此刻车身结构表面振动没有超过所设阈值，则不触发控制模块，采集模块和分析模块继续检测电机和车身结构表面的振动情况。
[0014]振动数据采集卡的通道数根据所测振动加速度信号的采集点数选择，满足实验要求。
[0015]为固定好振动加速度传感器，将振动加速度传感器通过螺纹连接和磁性固定基座固定为一体，再将固定为一体的振动加速度传感器和磁性固定基座通过磁性固定基座的磁力和强力胶粘接在电机和车身结构表面的车门、后备箱盖、引擎盖、车顶、翼子板等区域。
[0016]将抗混叠滤波器设置在所述采集模块与所述分析模块之间，用于对采集模块检测的振动加速度信号进行滤波。
[0017]为进一步消除环境系统对振动加速度传感器的影响，所述振动加速度传感器及其磁性固定基座的外表面有隔音减震胶包裹，并且所述隔音减震胶粘性强，不易脱落，含胶量尚，不易断裂。
[0018]接下来具体描述一下控制模块的工作过程，控制模块接收来自分析模块的调速信号，当电机或车身结构表面的车门、后备箱盖、引擎盖、车顶、翼子板等区域产生共振时，通过调速驱动器改变电动机转速，改变电动机的振动频率，从而达到越过共振速度点的目的。整个过程中的通电元件为通电探针。
[0019]以上所述的一系列详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡依据本发明的技术方案所作的任何等效实施方式或等效变换，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，用于对电动机和车身结构表面进行实时检测，其特征在于，所述的一种电动汽车共振转速的实时检测系统主要包括采集模块、分析模块以及控制模块三个模块； 所述采集模块由磁性固定基座、设置于磁性固定基座上的振动加速度传感器，振动数据采集卡和通电元件组成，振动加速度传感器和通电元件布置在电机和车身结构表面的车门、后备箱盖、引擎盖、车顶、翼子板等区域，所述通电元件与所述待测电动机供电连接，所述振动加速度传感器通过磁性固定基座与所述待测电动机和车身结构表面粘接，用于检测所述区域的振动加速度信号； 所述分析模块由抗混叠滤波器、速度补偿计算器和振动数据采集分析软件组成，用于根据采集模块检测出的振动加速度信号得到所述待测电动机和车身结构表面的振动模态参数，找出电机和车身结构表面振动加速度超过所设阈值时对应的目标转速(即共振转速或振动加速度超过所设阈值时对应的转速)； 所述控制模块由直流电源、电位器自动调节系统、外围电路、调速驱动器等组成，接收来自分析模块的调速信号，进而调节电动机的转速； 具体控制方法包括如下步骤: 采集模块采集电机和车身结构表面的车门、后备箱盖、引擎盖、车顶、翼子板等区域的振动加速度信号； 分析模块处理和分析来自采集模块的振动加速度信号，根据阈值对比分析结果做出判断，车身结构表面是否产生共振； 如果分析模块判定此刻车身结构表面振动超过所设阈值，则此时的初始转速即为所要找的此时此种工况下的目标转速(即共振转速或振动加速度超过所设阈值时对应的转速)，控制系统进入转速控制模式，速度补偿计算器算出跨过共振速度点所需补偿的转速，然后将该速度补偿信号与初始转速信号相加，得到实际所需的转速信号，控制模块接收到实际所需的转速信号后，控制电机转速，快速跨越目标转速； 如果分析模块判定此刻车身结构表面振动没有超过所设阈值，则不触发控制模块，采集模块和分析模块继续检测电机和车身结构表面的振动情况。2.根据权利要求1所述的一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，其特征在于，振动数据采集卡的通道数应大于等于振动加速度信号的采集点数。3.根据权利要求1所述的一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，其特征在于，振动加速度传感器通过螺纹连接和磁性固定基座固定一体。4.根据权利要求1或3所述的一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，其特征在于，固定一体的振动加速度传感器和磁性固定基座通过磁性固定基座的磁力和强力胶粘接在电机和车身结构表面的车门、后备箱盖、引擎盖、车顶、翼子板等区域。5.根据权利要求1所述的一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，其特征在于，抗混叠滤波器设置在所述采集模块与所述分析模块之间，用于对采集模块检测的振动加速度信号进行滤波。6.根据权利要求1所述的一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，其特征在于，所述振动加速度传感器及其磁性固定基座的外表面有隔音减震胶包裹。7.根据权利要求6所述的一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，其特征在于，所述隔音减震胶粘性强，不易脱落，含胶量高，不易断裂。8.根据权利要求1所述的一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，其特征在于，通电元件为通电探针。9.根据权利要求1所述的一种电动汽车共振转速的实时检测系统和控制方法，其特征在于，所述控制模块接收来自分析模块的调速信号，当电机或车身结构表面的车门、后备箱盖、引擎盖、车顶、翼子板等区域振动超过所设阈值时，通过调速驱动器改变电动机转速，改变电动机的振动频率，从而达到越过目标转速的目的。
【文档编号】G01M17/007GK105865731SQ201610190514
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】王青春, 孙杰, 张琪
【申请人】北京林业大学