电动汽车传动构件疲劳寿命预测与系统可靠性优化研究
这是一篇关于电动汽车,传动系统,寿命预测,可靠性,优化设计的论文, 主要内容为传动系统是电动汽车动力总成核心之一,直接决定汽车可靠性与安全性。由于驱动电机加速能力强、起步转矩大,电动汽车常采用动力传递路径更短的多级减速与少挡位变速传动系统。更精简的传动系统导致关重部件受载循环次数显著提高。此外,电动汽车传动系统在驱动和制动工况均受载,载荷工况呈现更宽的覆盖范围与更强的随机特征。电动汽车涌现的新特征带来了新的理论与技术挑战。其中,传动构件疲劳寿命预测与系统可靠性优化成为实现其性能进一步提升的重要途径。论文从以上技术难点出发,对电动汽车传动构件疲劳寿命分析与系统可靠性优化开展研究:建立考虑载荷谱特征的电动汽车传动构件疲劳寿命预测模型,实现载荷谱作用下的传动构件疲劳寿命预估;提出虑及强度退化与失效相关的电动汽车传动系统可靠性分析方法,揭示传动系统可靠性时变规律与设计参数对系统可靠性的影响次序;创新面向高可靠与轻量化的电动汽车传动系统可靠性优化方法,获得重量减轻、可靠性提高的传动系统结构参数优化方案。研究成果对电动汽车传动构件和系统寿命预测、可靠性分析以及结构优化等具有重要意义,也为相关领域技术人员提供理论支撑与参考。主要研究内容如下:(1)考虑载荷谱特征的电动汽车传动构件疲劳寿命预估。根据某型电动汽车传动系统结构与载荷谱工况参数,基于传动构件承载分析、Archard磨损公式、齿轮疲劳基础数据以及Palmgren-Miner疲劳损伤累积准则,建立传动构件疲劳寿命预测模型。综合考虑可靠性测试载荷谱作用下的齿轮接触疲劳、弯曲疲劳、磨损寿命以及滚动轴承疲劳寿命,分析传动构件抵御各类失效风险的能力,探明系统薄弱环节与恶劣工况。结果表明:该电动汽车传动系统中的滚动轴承为系统薄弱环节。驱动电机反拖传动系统时各传动构件疲劳寿命更低。(2)虑及强度退化与失效相关的电动汽车传动系统疲劳可靠性分析。基于应力-强度干涉理论、Copula函数以及有限差分法,建立综合考虑运转工况与构件强度不确定影响以及不同失效形式与构件相互作用的系统可靠性分析方法。解释某型电动汽车传动构件及系统在可靠性测试载荷谱下的疲劳可靠性时变规律,并分析系统可靠性对设计参数的敏感响应。结果表明,该电动汽车传动构件与系统在可靠性测试载荷谱作用下的疲劳可靠性呈先缓慢下降后期剧烈衰退的趋势。系统平均故障间隔时间为82.98 h,与台架试验结果对比具有良好的一致性。除去已固定、难更改的系统结构参数外,齿数、法向模数、压力角、螺旋角、齿宽等参数对系统可靠性的影响较强。(3)面向高可靠与轻量化的电动汽车传动系统结构参数优化。根据设计参数对系统可靠性的影响次序,确定设计变量。结合传动系统工作原理与设计要求,构建设计约束。通过非支配排序遗传算法,求解以高可靠、轻量化为目标的电动汽车传动系统可靠性优化设计模型,获得重量减轻、可靠性提高的传动系统结构参数优化方案。结果表明,优化后的某型电动汽车传动系统在可靠性测试载荷谱作用下的平均故障间隔时间提高26.36%,齿轮传动质量减轻2.6%,为系统的高可靠、轻量化设计提供理论支撑。
电动汽车传动构件疲劳寿命预测与系统可靠性优化研究
这是一篇关于电动汽车,传动系统,寿命预测,可靠性,优化设计的论文, 主要内容为传动系统是电动汽车动力总成核心之一,直接决定汽车可靠性与安全性。由于驱动电机加速能力强、起步转矩大,电动汽车常采用动力传递路径更短的多级减速与少挡位变速传动系统。更精简的传动系统导致关重部件受载循环次数显著提高。此外,电动汽车传动系统在驱动和制动工况均受载,载荷工况呈现更宽的覆盖范围与更强的随机特征。电动汽车涌现的新特征带来了新的理论与技术挑战。其中,传动构件疲劳寿命预测与系统可靠性优化成为实现其性能进一步提升的重要途径。论文从以上技术难点出发,对电动汽车传动构件疲劳寿命分析与系统可靠性优化开展研究:建立考虑载荷谱特征的电动汽车传动构件疲劳寿命预测模型,实现载荷谱作用下的传动构件疲劳寿命预估;提出虑及强度退化与失效相关的电动汽车传动系统可靠性分析方法,揭示传动系统可靠性时变规律与设计参数对系统可靠性的影响次序;创新面向高可靠与轻量化的电动汽车传动系统可靠性优化方法,获得重量减轻、可靠性提高的传动系统结构参数优化方案。研究成果对电动汽车传动构件和系统寿命预测、可靠性分析以及结构优化等具有重要意义,也为相关领域技术人员提供理论支撑与参考。主要研究内容如下:(1)考虑载荷谱特征的电动汽车传动构件疲劳寿命预估。根据某型电动汽车传动系统结构与载荷谱工况参数,基于传动构件承载分析、Archard磨损公式、齿轮疲劳基础数据以及Palmgren-Miner疲劳损伤累积准则,建立传动构件疲劳寿命预测模型。综合考虑可靠性测试载荷谱作用下的齿轮接触疲劳、弯曲疲劳、磨损寿命以及滚动轴承疲劳寿命,分析传动构件抵御各类失效风险的能力,探明系统薄弱环节与恶劣工况。结果表明:该电动汽车传动系统中的滚动轴承为系统薄弱环节。驱动电机反拖传动系统时各传动构件疲劳寿命更低。(2)虑及强度退化与失效相关的电动汽车传动系统疲劳可靠性分析。基于应力-强度干涉理论、Copula函数以及有限差分法,建立综合考虑运转工况与构件强度不确定影响以及不同失效形式与构件相互作用的系统可靠性分析方法。解释某型电动汽车传动构件及系统在可靠性测试载荷谱下的疲劳可靠性时变规律,并分析系统可靠性对设计参数的敏感响应。结果表明,该电动汽车传动构件与系统在可靠性测试载荷谱作用下的疲劳可靠性呈先缓慢下降后期剧烈衰退的趋势。系统平均故障间隔时间为82.98 h,与台架试验结果对比具有良好的一致性。除去已固定、难更改的系统结构参数外,齿数、法向模数、压力角、螺旋角、齿宽等参数对系统可靠性的影响较强。(3)面向高可靠与轻量化的电动汽车传动系统结构参数优化。根据设计参数对系统可靠性的影响次序,确定设计变量。结合传动系统工作原理与设计要求,构建设计约束。通过非支配排序遗传算法,求解以高可靠、轻量化为目标的电动汽车传动系统可靠性优化设计模型,获得重量减轻、可靠性提高的传动系统结构参数优化方案。结果表明,优化后的某型电动汽车传动系统在可靠性测试载荷谱作用下的平均故障间隔时间提高26.36%,齿轮传动质量减轻2.6%,为系统的高可靠、轻量化设计提供理论支撑。
控制系统中机械谐振的抑制
这是一篇关于传动系统,谐振抑制,陷波设计,扰动观测器,滑模控制的论文, 主要内容为以传动系统为代表的控制系统在工业生产、深空探测、医疗康复、数据存储等领域均有着非常广泛的应用。这类系统主要原理是电机通过一系列传动装置对负载进行驱动,从而完成相应的任务。随着生产生活的需求不断提高,不断改进系统的性能一直以来都是本领域研究的重要问题。一方面,在这类系统中,由于设计的需要或者材料的限制,传动装置受弹性影响带来的机械谐振问题极大地限制了系统整体性能的提升;另一方面,结合数学模型来说,为了确保系统高精度、快响应以及强鲁棒性,基于多惯量系统的设计也是十分必要的。本课题以传动系统中普遍存在的机械谐振问题为研究背景,主要研究了基于陷波和补偿两种设计思想的谐振抑制策略,并以一个统一的控制结构,实现双惯量系统和三惯量系统的谐振抑制。本文首先对国内外的研究现状进行了总结阐述,随后结合典型的传动结构建立了三惯量系统和简化后的双惯量系统的数学模型,并对系统的动态特性、谐振机理进行了分析,以及分别从陷波和补偿两个角度设计了两类系统的谐振抑制策略。本文取得的主要研究成果如下:首先,利用系数图法从代数设计的角度,解决了PID控制在系统设计中参数整定困难的问题,实现了双惯量系统的谐振抑制。随后针对这一设计方法在三惯量系统中导致的不稳定问题,结合根轨迹分析,从原理上给出了原因。其次,基于陷波设计的思想,重新设计了陷波环节,给出了一种新的双二阶滤波器设计方法,并且结合根轨迹和相位控制的思想对这一设计方法进行了解释。通过在系统中配置合适的零极点,系统的阻尼得以提升,稳定裕度大大增强。以一个较为简单的控制结构,解决了两类系统的谐振抑制问题,并通过仿真验证了设计方法的有效性。最后,从扰动补偿的角度,利用扰动观测器对所定义的两类系统电机侧总扰动进行了完全补偿。针对等效后的名义对象,设计滑模控制器,实现了系统的谐振抑制以及对给定信号的快速精确跟踪。在这里,受双曲函数启发,提出了一种新型滑模趋近律,解决了传统滑模控制中的抖振问题的同时,可确保系统快速收敛。最终,结合仿真结果说明了这一设计的合理性。
控制系统中机械谐振的抑制
这是一篇关于传动系统,谐振抑制,陷波设计,扰动观测器,滑模控制的论文, 主要内容为以传动系统为代表的控制系统在工业生产、深空探测、医疗康复、数据存储等领域均有着非常广泛的应用。这类系统主要原理是电机通过一系列传动装置对负载进行驱动,从而完成相应的任务。随着生产生活的需求不断提高,不断改进系统的性能一直以来都是本领域研究的重要问题。一方面,在这类系统中,由于设计的需要或者材料的限制,传动装置受弹性影响带来的机械谐振问题极大地限制了系统整体性能的提升;另一方面,结合数学模型来说,为了确保系统高精度、快响应以及强鲁棒性,基于多惯量系统的设计也是十分必要的。本课题以传动系统中普遍存在的机械谐振问题为研究背景,主要研究了基于陷波和补偿两种设计思想的谐振抑制策略,并以一个统一的控制结构,实现双惯量系统和三惯量系统的谐振抑制。本文首先对国内外的研究现状进行了总结阐述,随后结合典型的传动结构建立了三惯量系统和简化后的双惯量系统的数学模型,并对系统的动态特性、谐振机理进行了分析,以及分别从陷波和补偿两个角度设计了两类系统的谐振抑制策略。本文取得的主要研究成果如下:首先,利用系数图法从代数设计的角度,解决了PID控制在系统设计中参数整定困难的问题,实现了双惯量系统的谐振抑制。随后针对这一设计方法在三惯量系统中导致的不稳定问题,结合根轨迹分析,从原理上给出了原因。其次,基于陷波设计的思想,重新设计了陷波环节,给出了一种新的双二阶滤波器设计方法,并且结合根轨迹和相位控制的思想对这一设计方法进行了解释。通过在系统中配置合适的零极点,系统的阻尼得以提升,稳定裕度大大增强。以一个较为简单的控制结构,解决了两类系统的谐振抑制问题,并通过仿真验证了设计方法的有效性。最后,从扰动补偿的角度,利用扰动观测器对所定义的两类系统电机侧总扰动进行了完全补偿。针对等效后的名义对象,设计滑模控制器,实现了系统的谐振抑制以及对给定信号的快速精确跟踪。在这里,受双曲函数启发,提出了一种新型滑模趋近律,解决了传统滑模控制中的抖振问题的同时,可确保系统快速收敛。最终,结合仿真结果说明了这一设计的合理性。
特种车辆传动远程监控系统设计
这是一篇关于传动系统,远程监控系统,C#应用软件,网络通信,内网穿透的论文, 主要内容为新一代特种车辆传动系统的研发测试工作,对我国国防事业发展意义重大。在调试中,传动系统需跟随特种车辆在恶劣环境中运行,以测试极端条件下的传动系统运行工况。如何使研发人员能够对特种车辆传动系统远程实时监控,已成为研发测试亟待解决的问题。本论文针对特种车辆传动系统设计了一套远程监控系统,实现了车辆传动运行工况的异地监测与控制,为研发人员开展远程调试提供了便利。首先,根据工程实际需求对系统开展了总体研究,概括了系统设计原则与开发环境,并介绍了Socket多线程、内网穿透、P2P等系统涉及的关键技术。在系统总体方案方面,构造了近端主控、中心服务器、远程主控一体的总体架构,概述了系统数据感知层、通信转换层、数据传输层、功能层、人机交互层的功能。其次,对近端主控进行了具体开发设计。近端主控硬件自上而下分为上位机监控中心、USBCAN接口卡、电机控制单元和传动系统,本文基于CAN通信设计了上层交互界面与底层电机控制器的通信协议,并对上位机功能模块进行设计,实现了近端主控通信配置、电机控制、参数管理、历史查询、波形显示和远程连接的功能。然后,基于计算机网络通信,对服务器和远程监控客户端进行开发设计。基于Socket通信构建了中心服务器,实现了远程操作跟踪记录功能,并且优化了中心服务器的运行。利用C/S和P2P网络架构对远程监控客户端进行设计,并使用e NSP和VMWare进行了网络虚拟化仿真,分别验证了局域网内远程监控、内网穿透、点对点通信方案的可行性。最后,是对传动系统远程监控系统通信和功能模块进行实物验证。通信测试重点验证了系统网络环境和通信可靠性,功能测试中通过全要素的实物实验,验证了远程监控系统功能的完备性和实时可靠性。
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