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CN110103972B - 车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法 - Google Patents

车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法 Download PDF

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CN110103972B
CN110103972B CN201910432569.8A CN201910432569A CN110103972B CN 110103972 B CN110103972 B CN 110103972B CN 201910432569 A CN201910432569 A CN 201910432569A CN 110103972 B CN110103972 B CN 110103972B
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power
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torsional
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Abstract

本发明涉及扭振控制方法领域，提供一种车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法，该车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法包括以下步骤：步骤S1，建立不同档位下不同传动路径下各零部件固有振动频率f的矩阵A，步骤S2，建立不同动力模式驱动下不同阶数扭振的谐振激励频率ff的矩阵B，步骤S3，在第x种档位，第i种动力模式驱动下的第j阶扭振的谐振激励频率ffij，满足第j阶扭振的谐振激励频率接近该工作状态下的传动路径下各零部件固有振动频率，则改变动力源工作状态，该方法不仅简单易于操作控制、而且可有效减少共振噪声，提高系统运行可靠性。

Description

车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法
技术领域
本发明涉及车辆振动领域，特别涉及一种车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法。
背景技术
车辆的扭转共振(Torsional Resonance，TR)是指车辆传动部件旋转传递力矩时，与负荷反力矩之间失去平衡产生围绕轴线的振动，当多个传动部件出现的扭振频率接近某个部件固有频率时产生的共振现象。扭转共振大多存在于需要多轴驱动、传动的特种车辆，也是引起传动轴扭应力发生瞬间变化，增加轴疲劳损伤，且造成异响，严重可能造成传动系统部件损坏或断裂。
由于大功率车辆需要动力源进行驱动，动力系统涉及多轴、结构复杂、高密度耦合干涉，相对于普通车辆发生扭转共振的可能性更高、危害性更大，US10215091B2公开了一种弹性连接部一端连接可变压缩比发动机的车身，一端连接可变压缩比发动机，由杆体支撑质量块，在活塞和曲轴之间多连杆机构，杆体具有比可变压缩比发动机弯曲和扭转共振频率低调的刚体共振频率，单纯依靠采用不同固定频率杆体回避由发动机引起的系统共振，仅考虑了杆体与发动机之间固有频率干涉问题。
目前，大功率、高转速车辆通常采用多个动力源，且配备大功率柴油机、电动机和复杂的动力传动系统，在这一类车辆上，不同传动轴在传递扭矩时，通常会出现频繁的共振频率点，单纯依靠回避“共振点”，不仅难度系数大，而且操作复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法，该车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法能够改变车辆行驶过程中动力源的工作状态来有效回避部件扭转耦合过程中扭振带来的共振问题，能够有效减少噪声以及系统间的不稳定性，该方法控制简单，易于实现。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法包括以下步骤：
步骤S1，建立不同档位下不同传动路径下各零部件固有振动频率f的矩阵A，其中n为第n个档位，m为第m个传动零部件；
Figure BDA0002069521960000021
步骤S2，建立不同动力模式驱动下不同阶数扭振的谐振激励频率ff的矩阵B，其中，p为第p种动力模式驱动，k为第k阶谐振激励频率；
Figure BDA0002069521960000022
步骤S3，在第x种档位，第i种动力模式驱动下的第j阶扭振的谐振激励频率ffij，若满足：
ffij∈[fx-δ,fx+δ],j∈[1,k]
其中，[fx-δ,fx+δ]为能够引起共振的上下边界频率，且ffij处于该区间时间达到Δt，则改变动力源工作状态；
步骤S4，在第x种档位，第i种动力模式驱动下的第j阶扭振的谐振激励频率ffij，若满足：
Figure BDA0002069521960000023
其中，[fx-δ,fx+δ]为能够引起共振的上下边界频率，且ffij处于该区间时间达到Δt，则维持动力源工作状态。
优选地，所述步骤S3中，改变所述动力源工作状态为从第i种动力模式驱动变为第j种动力模式驱动，或启动、停止某一动力源或改变某一动力源转速。
优选地，所述步骤S3或所述步骤S4中，所述动力源至少为2个。
优选地，所述步骤S2中，k为小于20的正整数。
优选地，所述步骤S3中，δ为1～100Hz。
优选地，所述步骤S3中，Δt为0.2～1s。
优选地，所述步骤S1中，n为小于10的正整数。
优选地，所述步骤S3或所述步骤S4中，多个所述动力源输出动力在传动系统中存在扭矩耦合。
优选地，驱动车辆行驶的所述动力模式数量至少为2种。
相对于现有技术，本发明的车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法包括建立各零部件固有振动频率与不同阶数的扭振谐振激励频率，通过比较工作状态下扭振是否落入各零部件固有振动频率范围来进行控制动力源转速、动力源状态，该方法不仅控制简单，而且较为有效地避免工作状态下落入固有振动频率造成的噪声大、系统可靠性不足等问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法一种实施方式流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
为了解决背景技术部分所指出的多动力源在动力输出至不同传动轴，并在扭矩耦合过程中，通常会出现频繁的共振频率点，从而造成噪声大，系统可靠性不足等问题，单纯依靠回避“共振点”，且效率低，效果欠佳。如图1所示，提供一种车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法，所述车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法包括以下步骤：
步骤S1，建立不同档位下不同传动路径下各零部件固有振动频率f的矩阵A，其中n为第n个档位，m为第m个传动零部件；
Figure BDA0002069521960000041
步骤S2，建立不同动力模式驱动下不同阶数扭振的谐振激励频率ff的矩阵B，其中，p为第p种动力模式驱动，k为第k阶谐振激励频率；
Figure BDA0002069521960000042
步骤S3，在第x种档位，第i种动力模式驱动下的第j阶扭振的谐振激励频率ffij，若满足：
ffij∈[fx-δ,fx+δ],j∈[1,k]
其中，[fx-δ,fx+δ]为能够引起共振的上下边界频率，且ffij处于该区间时间达到Δt，则改变动力源工作状态；
步骤S4，在第x种档位，第i种动力模式驱动下的第j阶扭振的谐振激励频率ffij，若满足：
Figure BDA0002069521960000051
其中，[fx-δ,fx+δ]为能够引起共振的上下边界频率，且ffij处于该区间时间达到Δt，则维持动力源工作状态。
由于车辆在不同档位下，动力的输出至不同传动路径，而为了更好地识别不同档位针对的不同传动路径的固有频率，优选情况下，先统计不同传动路径的固有频率数值，后再针对该传动路径下的固有频率进行分解。例如表1，6个挡位油电混合动力驱动的下不同传动路径的扭转5阶固有频率。
表1 6挡位传动系统5阶内的固有频率(单位：Hz)
阶数 1挡 2挡 3挡 4挡 5挡 6挡
1 5.32 5.33 5.22 5.33 5.32 8.23
2 8.36 8.48 9.33 8.21 8.54 12.95
3 15.32 16.01 16.21 18.10 17.92 21.88
4 16.11 17.65 18.92 19.04 18.99 30.25
5 20.92 27.87 23.66 24.63 26.71 40.12
为了综合控制过程中计算的效率和减少计算复杂度，优选地情况下，在步骤1中，将传统系统危害大的阶数进行分析，剔除影响较小的固有频率的阶数数值。
为了在不同动力模式下都能进行驱动车辆，优选情况下，所述驱动动力模式包括有单动力源独立驱动、多动力源混合驱动，例如在油电混合驱动动力模式包括：电机单独驱动、内燃机单独驱动、电机和内燃机混合驱动三种动力模式。
为了有效避开扭振振动共振点，优选的情况下，在所述步骤S3中，改变所述动力源工作状态为从第i种动力模式驱动变为第j种动力模式驱动，或启动、停止某一动力源或改变某一动力源转速。
内燃机的高谐次激励振幅较小，为了计算高效，可以忽略不计，内燃机在1、2、3、4次谐振激励频率范围分别在30～50Hz、60～100Hz、101～140Hz、141～190Hz，通过改变发动机转速可改变1、2、3、4次谐振激励频率范围，使得内燃机谐振激励频率范围不接近传动系统固有频率范围内，从而避开扭振共振现象发生。
例如，在油电混合两种动力源驱动的车辆中，在电机单独驱动下，当扭转振动的1、2、3、4次谐振激励频率范围接近传动系统固有频率时，δ取值在1～100Hz，接近程度优先在1～5Hz时，启动内燃机，从而改变工作模式，从而实现有效避开共振点。或例如，在油电混合动力同时驱动车辆时，当扭转振动的1、2、3、4次谐振激励频率范围接近传动系统固有频率时，停止其中之一动力源的输出，从而改变振动频率，实现有效避开共振点。
为了增加振动干扰源和系统的可靠性，车辆不至于完全丢失动力，在本发明优选情况下，所述步骤S3或所述步骤S4中，所述动力源至少为2个。
由于车辆动力源高次阶数谐振激励频率对系统影响不大，为了计算的高效性，在本发明优选情况下，所述步骤S2中，k为小于20的正整数，更为优选的情况下，k为小于10的正整数。
为了衡量谐振激励频率靠近零部件固有频率接近程度，在本发明优选情况下，δ为1～100Hz，为了精度考虑，在非高次阶数谐振激励频率接近程度上，优选情况下，δ为1～10Hz。
衡量车辆振动短时偶然进入共振状态，在本发明优选情况下，所述步骤S3中，Δt为0.2～1s，为了车辆控制系统的快速响应，优选情况下，Δt为0.2～0.5s。
由于多动力源车辆多出现在大功率车辆中，多轴且多传动路径下扭振现象较多，但一般车辆挡位在10以内，在本发明优选情况下，所述步骤S1中，n为小于10的正整数，更为优选的情况下为n为小于6且大于3的正整数。
由于多动力源车辆扭振通常在复杂的扭矩耦合过程中，在本发明优选情况下，所述步骤S3或所述步骤S4中，多个所述动力源输出动力在传动系统中存在扭矩耦合的情况下采用此控制方法。
为了能在不同动力模式下进行切换，在本发明优选情况下，驱动车辆行驶的所述动力模式数量至少为2种。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法，其特征在于，所述车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法包括以下步骤：
步骤S1，建立不同档位下不同传动路径下各零部件固有振动频率f的矩阵A，其中n为第n个档位，m为第m个传动零部件；
Figure FDA0002428407000000011
步骤S2，建立不同动力模式驱动下不同阶数扭振的谐振激励频率ff的矩阵B，其中，p为第p种动力模式驱动，k为第k阶谐振激励频率；
Figure FDA0002428407000000012
步骤S3，在第x种档位，第i种动力模式驱动下的第j阶扭振的谐振激励频率ffij，若满足：
ffij∈[fx-δ,fx+δ],j∈[1,k]
其中，[fx-δ,fx+δ]为能够引起共振的上下边界频率，且ffij处于该区间时间达到Δt，则改变动力源工作状态；
步骤S4，在第x种档位，第i种动力模式驱动下的第j阶扭振的谐振激励频率ffij，若满足：
Figure FDA0002428407000000013
其中，[fx-δ,fx+δ]为能够引起共振的上下边界频率，且ffij处于该区间时间达到Δt，则维持动力源工作状态；
所述步骤S3中，改变所述动力源工作状态为从第i种动力模式驱动变为第j种动力模式驱动，或启动、停止某一动力源或改变某一动力源转速；
所述步骤S3或所述步骤S4中，所述动力源至少为2个；
所述步骤S2中，k为小于20的正整数；
所述步骤S3中，δ为1～100Hz；
所述步骤S3中，Δt为0.2～1s；
所述步骤S1中，n为小于10的正整数。
2.根据权利要求1所述的车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法，其特征在于，所述步骤S3或所述步骤S4中，多个所述动力源输出动力在传动系统中存在扭矩耦合。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的车辆多动力源耦合传动系统扭转共振控制方法，其特征在于，驱动车辆行驶的所述动力模式数量至少为2种。
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