电驱动系统台架负载模拟精度补偿算法研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.03.015

摘要/Abstract

摘要：

为保证道路负载的模拟精度并实现电驱动系统的硬件在环试验，本文中提出一种台架试验的动态补偿算法。首先，基于对负载模拟问题的分析，采用了台架逆模型算法。接着，为改善转矩的动态响应，采用卡尔曼滤波来实现模型误差的精确补偿。最后，基于对台架精度的分析，提出了精度耦合补偿算法，并经台架试验验证。结果表明：循环工况下，补偿算法能很好地实现转速跟随，而在起步工况可提高台架试验精度。

关键词: 电动汽车, 电驱动系统, 负载模拟, 台架控制, 补偿算法

Abstract:

In order to ensure the accuracy of road load simulation and realize the hardware-in-the-loop test of electric drive system， a dynamic compensation algorithm of bench test is proposed in this paper. Firstly， based on the analysis on load simulation problem， the test bench inverse model algorithm is adopted. Then， for improving torque dynamic response， Kalman filter is adopted to achieve accurate compensation of model errors. Finally， on the basis of the analysis on bench accuracy， accuracy coupling compensation algorithm is put forward and verified by bench test. The results show that compensation algorithm can well achieve speed following in cycle conditions and enhance the accuracy of bench test in starting condition.

Key words: electric vehicles, electric drive system, load simulation, bench control, compensation algorithm

王冠峰,宋强,赵卢楷. 电驱动系统台架负载模拟精度补偿算法研究[J]. 汽车工程, 2022, 44(3): 426-433.

Guanfeng Wang,Qiang Song,Lukai Zhao. Research on Compensation Algorithm for Load Simulation Accuracy of Electric Drive System Test Bench[J]. Automotive Engineering, 2022, 44(3): 426-433.

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参考文献 24

1	JANDAGHI B，DINAVAHI V. Real-time fem computation of nonlinear magnetodynamics of moving structures on FPGA for HIL emulation［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics，2018，65：7709-7718.
2	李海湘. 车用动力电机测控平台开发［D］. 长春：吉林大学，2017.
	LI H Ｘ. Development of measurement and control platform for vehicle power motor［D］. Changchun：Jilin University，2017.
3	NEWTON R W，BETZ R E，PENFOLD H B. Emulating dynamic load characteristics using a dynamic dynamometer［C］. Proceedings of the International Conference on Power Electronics and Drive Systems，1995：465-470.
4	叶晓，金振华，高大威，等. 测功机动态负载模拟算法［J］. 清华大学学报（自然科学版），2013，53（10）：1492-1497.
	YE X，JIN Z H，GAO D W. Dynamometer control algorithm for road load emulations［J］. Journal of Tsinghua University （Science and Technology），2013，53（10）：1492-1497.
5	FAJRI P，PRABHALA V A K，FERDOWSI M. Emulating on-road operating conditions for electric-drive propulsion systems［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion，2016，31（1）：1-11.
6	闻居博，黄宏成. 传动试验台负载动态模拟算法分析（二）［J］. 传动技术，2011，25（4）：38-43.
	WEN J B，HUANG H C. Analysis of dynamic load emulation for powertrain test bench（Ⅱ）［J］. Drive System Technique，2011，25（4）：38-43.
7	TANT J，ZWYSEN J，ENGELEN K，et al. Power electronics for electric vehicles： a student laboratory platform［C］. IEEE Workshop on Control and Modeling for Power Electronics. IEEE，2012：1-7.
8	HE C K，ZHANG J Z，WANG L F. Hardware-in-the-loop simulation of a dynamic process by compensation of the transfer system［J］. Applied Mechanics and Materials，2014，3403（1240）：347-351.
9	ANDERT J，KLEIN S，SAVELSBERG R，et al. Virtual shaft： synchronized motion control for real time testing of automotive powertrains［J］. Control Engineering Practice，2016，56：101-110.
10	石晓辉，柯意，李文礼，等. NEDC工况台架模拟控制方法研究［J］. 机械设计与制造，2018（4）：111-114.
	SHI X H，KE Y，LI W L，et al. Study on control method of emulation for NEDC in transmission test bench［J］. Machinery Design & Manufacture，2018（4）：111-114.
11	韩硕. 纯电动汽车动力总成测试系统设计及负载模拟方法的研究［D］. 长春：吉林大学，2018.
	HAN S. Research on design and load simulation method of pure electric vehicle powertrain test system［D］. Changchun：Jilin University，2018.
12	LI W L，SHI X H，GUO D，et al. A test technology of a vehicle driveline test bench with electric drive dynamometer for dynamic emulation［C］. SAE Paper 2015-01-1303.
13	GAN C W，TODD R，APSLEY J M. Drive system dynamics compensator for a mechanical system emulator［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics，2015，62（1）：70-78.
14	LI W L，WANG J J，ZHANG X K，et al. A novel road dynamic simulation approach for vehicle driveline experiments［J］. Discrete & Continuous Dynamical Systems，2018，12（4）：1035-1052.
15	刘和平，战祥真，李红新，等. 惯量自补偿的纯电动汽车动力系统模拟试验台研究［J］. 电机与控制学报，2011，15（10）：55-62.
	LIU H P，ZHAN X Z，LI H X，et al. Research on self-compensated inertia test rig of pure electric vehicle dynamic system［J］. Electric Machines and Control，2011，15（10）：55-62.
16	马瑞海，王丽芳，张俊智，等. 基于滑模自抗扰的电制动系统动态负载模拟［J］. 汽车工程，2020，42（2）：141-148.
	MA R H，WANG L F，ZHANG J Z，et al. Sliding mode active disturbance rejection control for dynamic load emulation of the electric braking system［J］. Automotive Engineering，2020，42（2）：141-148.
17	SONG Q，LOU L，ZHOU J J. Mechanical decoupling algorithm applied to electric drive test bed［J］. Mathematical Problems in Engineering，2014，2014（5）.
18	SONG Q，LIU W B，ZHAO W B，et al. Road load simulation algorithms evaluation using a motor-in-the-loop test bench［C］. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo. IEEE，2019.
19	ZHANG H，ZHANG Y，YIN C L. Hardware-in-the-loop simulation of robust mode transition control for a series-parallel hybrid electric vehicle［J］. IEEE Transactions on Vehicular Technology，2016，65（3）：1059-1069.
20	WU Z，JIN Z H，LI Y W. Simulation study on ultracapacitor–battery hybrid power system［C］. Proceedings of 2014 International Conference on Simulation and Modeling Methodologies，2014：446-453.
21	GUO K H，GUAN X. Modelling of driver/vehicle directional control system［J］. Vehicle System Dynamics，1993，22（3）：141-184.
22	SONG S R，CHUN M C K，HUISSOON J，et al. Pneumatic trail based slip angle observer with Dugoff tire model［C］. IEEE Intelligent Vehicles Symposium Proceedings. IEEE，2014：1127-1132.
23	管欣，陈永尚，贾鑫，等. 预瞄跟随驾驶员模型的复合校正［J］. 汽车工程，2018，40（3）：297-304.
	GUAN X，CHEN Y S，JIA X，et al. Compound correction of preview following drive model［J］. Automotive Engineering，2018，40（3）：297-304.
24	马瑞海，王丽芳，张俊智，等. 带随机网络时滞补偿的测功机动态负载模拟［J］. 汽车工程，2020，42（5）：700-708.
	MA R H，WANG L F，ZHANG J Z，et al. Dynamic load emulation of dynamometer with compensation for stochastic network time-delay［J］. Automotive Engineering，2020，42（5）：700-708.

[1]	张念忠,宋强,王冠峰,王明生. 车用永磁同步电机无电流传感器控制研究[J]. 汽车工程, 2024, 46(2): 281-289.
[2]	焦志鹏, 马建, 赵轩, 张凯, 孟德安, 韩琪, 张昭. 基于电动汽车制动安全检测的短时工况及方法研究[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 109-119.
[3]	原江鑫, 何莉萍, 李耀东, 李罡. 电动汽车BMS从控板热分析及散热优化[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 128-138.
[4]	张鹏博, 陈仁祥, 邵毅明, 孙世政, 闫凯波. 纯电动汽车电驱动系统故障诊断研究进展[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 61-74.
[5]	贺伊琳,马建,杨舒凯,郑威,薛启帆. 融合预瞄特性的智能电动汽车稳定性模型预测控制研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(5): 719-734.
[6]	梁海强,何洪文,代康伟,庞博,王鹏. 融合经验老化模型和机理模型的电动汽车锂离子电池寿命预测方法研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(5): 825-835.
[7]	吴忠强,张长兴. 考虑配电网负荷的电动汽车分布式充电控制[J]. 汽车工程, 2023, 45(4): 598-608.
[8]	吴志恒,刘爱民. 汽车永磁同步电机切换函数式混合控制策略[J]. 汽车工程, 2023, 45(4): 619-627.
[9]	王军年,高守林,杨钫,管畅洋,杨志华. 多行星排转矩定向分配电驱动桥振动特性优化[J]. 汽车工程, 2023, 45(3): 421-429.
[10]	朱成,刘頔,滕欣余,张国华,于丹,刘沙,胡苧丹. 新能源汽车综合经济性对比分析及预测研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(2): 333-340.
[11]	李琴,汤建明,张博远,陈勇,王勇. 分布式驱动电动汽车多执行器容错控制研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(12): 2251-2259.
[12]	于天蝉,王源,石文星,梁辰吉昱,李先庭,岑俊平,罗敏. 基于三介质换热器的电动汽车热管理系统及其性能分析[J]. 汽车工程, 2023, 45(11): 2001-2013.
[13]	宋强,王冠峰,商赫,张念忠. 基于多参数控制的分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制策略研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(11): 2104-2112.
[14]	洪吉超,梁峰伟,杨海旭,李克瑞. 大数据驱动动力电池智能安全管理与控制方法研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(10): 1845-1861.
[15]	王军年,张春林,赵梦圆,强越,郭大畅,杨钫. 轮毂电机两挡变速器协同无动力中断换挡控制[J]. 汽车工程, 2023, 45(10): 1885-1896.