Компьютерное моделирование синхронизации скоростей в электроприводе электромобиля с упрощённой коробкой передач

Abstract

Ограниченность мировых запасов нефти и газа, а также постоянно ухудшающаяся экологическая обстановка в крупных городах обуславливают необходимость перехода человечества на электрический транспорт. В связи с тем, что используемые в электромобилях аккумуляторные батареи имеют высокую стоимость, вес, габариты и обеспечивают ограниченную дальность пробега без подзарядки, актуальной зада -чей является повышение энергоэффективности всех компонентов тягового электропривода. В статье рассмотрена возможность создания системы электропривода для электромобиля с упрощённой двухскоростной коробкой передач, которая не только повышает энергоэффективность электропривода, но и устраняет необходимость в механических фрикционных синхронизаторах за счёт выполнения синхронизации скоростей валов средствами программного управления электрическим преобразователем. Предложена система управления процессом синхронизации, построенная по принципу подчинённого регулирования с двумя контурами: контуром регулирования тока и контуром регулирования скорости вала двигателя с изменением структуры электромеханической системы при движении электромобиля. Разработана компьютерная модель системы, включающая в себя модель электродвигателя и трансмиссии, модель полупроводникового силового преобразователя, блок регулятора тока, блок регулятора скорости, блок расчёта сигнала задания скорости, блок программного управления переключением передач и блок модели водителя. В качестве параметров моделирования были использованы реальные данные созданного на кафедре «Автоматизированные электромеханические системы» электромобиля на базе автомобиля «Ланос». Приведены и проанализированы графики переходных процессов при разгоне и торможении электромобиля с переключением передач. Полученные результаты моделирования подтверждают реализуемость предложенной идеи.The limited global oil and gas reserves, as well as the constantly deteriorating environmental situation in large cities, necessitate the transition of mankind to electric transport. Due to the fact that the used batteries have a high cost, weight, and dimensions and provide a limited range without recharging, an urgent task is to increase the energy efficiency of all components of the traction electric drive. The article considers the possibility of creating an electric drive system for an electric car with a simplified two-speed gearbox, which not only increases the energy efficiency of the electric drive but also eliminates the need for mechanical friction synchronizers by synchronizing shaft speeds by software control of the power converter. A synchronization process control system based on the principle of cascade control with two loops is proposed: a current control loop and a motor shaft speed control loop with a change in the structure of the electromechanical system while the electric vehicle is moving. A computer model of the system has been developed, which includes a model of an electric motor and transmission, a model of a semiconductor power converter, a current regulator block, a speed regulator block, a speed reference signal calculation block, a gear shift program control block, and a driver model block. As the modeling parameters, we used real data from an electric vehicle created at the Automated Electromechanical Systems Department of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" based on the "Lanos" car. The transients during acceleration and braking of an electric vehicle with gear shifting are presented and analyzed. The obtained simulation results confirm the feasibility of the proposed idea.