The study of forced oscillations in the non-linear system of an individual traction drive

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: The processes taking place in the ‘traction electric drive – wheel – road’ system during acceleration and braking cause increased dynamic loads on drive components, which may lead to a breakdown. Therefore, it is important to control the drive in a way to minimize and to suppress the given processes. To make it possible, the control system is to be equipped with a resistance torque observer at the electric motor shaft. In addition, in any system, there is a heighten interest in study of arise of resonances, which come with abrupt increase of oscillations amplitudes. Therefore, the features of oscillation phenomena in the given non-linear system are to be studied.

AIM: Identification of the peculiarities of oscillatory processes, resonance phenomena in the systems of electromechanical drive of vehicles, which are nonlinear technical systems.

METHODS: The study of features of the oscillating processes and the study of capabilities of arise of resonant phenomena were conducted using analysis of the differential equations system describing the operation of the non-linear system.

RESULTS: The features of the oscillating phenomena in non-linear systems of interaction between an elastic wheel and road as well as capabilities of arise of resonant phenomena were considered. It is defined that arise of the resonant phenomena in the considered systems is not possible due to breakdown of them. The behavior of modes of interaction between an elastic wheel and road during intensive acceleration and braking was analyzed. The abrupt shock behavior of change rate of wheel torque and current consumed by a drive as well as features of lowering of them when using the self-oscillating phenomena suppression were found.

CONCLUSION: The practical value of the study lies in ability of using the proposed conclusions at development of units of a traction electric drive and at synthesis of vehicle motion control systems.

About the authors

Aleksander V. Klimov

KAMAZ Innovation Center; Moscow Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: klimmanen@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5351-3622
SPIN-code: 7637-3104
Scopus Author ID: 57218166154

Cand. Sci. (Engineering), Head of the Electric Vehicles Service; Associate Professor of the Advanced Engineering School of Electric Transport

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Klimov AV, Chirkin VG, Tishin AM. On some design features and types of transport traction electric motors. Automotive Industry. 2021;7:15–21. (in Russ). EDN: FEETSV
  2. Klimov AV, Tishin AM, Chirkin VG. Various types of traction synchronous motors for urban operating conditions. Truck. 2021;6:3–7. (in Russ). EDN: ZTRMYW
  3. Klimov AV. Study of the modes of occurrence of self-oscillations in the traction electric drive of an electric bus under operating conditions. In: Electrical complexes and systems: Materials of the 1st All-Russian Conference on Electrical Machines within the framework of the International Scientific and Practical Conference. In 2 Vols, Ufa, December 15–16, 2022. Ufa: UUNT; 2022;2:414–422. (in Russ). EDN: PXJUCH
  4. Klimov AV. Study of the modes of occurrence of self-oscillations in the traction electric drive of an electric bus under operating conditions. Truck. 2024;3:3–8. (in Russ). EDN: FXLUUX doi: 10.36652/1684-1298-2024-3-3-8
  5. Klimov AV. Traction control system with the function of suppressing self-oscillations of wheels in traction mode. Proceedings of NAMI. 2023. No. 3(294). pp. 44–56. (in Russ). EDN: XJXUWX doi: 10.51187/0135-3152-2023-3-44-56
  6. Klimov AV, Antonyan AV. Research of features of oscillating process’ behavior in the nonlinear system of individual traction drive of an electrobus. Izvestiya MGTU MAMI. 2023;17(1):87–96. (in Russ). EDN: DVWXHE doi: 10.17816/2074-0530-115233
  7. Klimov AV. Oscillatory processes in a nonlinear system of an individual traction electric drive. Truck. 2023;7:19–24. (in Russ). EDN: RXPWMI doi: 10.36652/1684-1298-2023-7-19-24
  8. Klimov AV. Observer of slipping of drive wheels with the function of suppressing self-oscillations in traction mode. Transport systems. 2023;2(28):17–29. (in Russ). EDN: HRSZDR doi: 10.46960/2782-5477_2023_2_17
  9. Klimov AV. Traction control system with the function of suppressing self-oscillations of wheels in traction mode. Proceedings of NAMI. 2023;3(294):44–56. (in Russ). EDN: XJXUWX doi: 10.51187/0135-3152-2023-3-44-56
  10. Electric bus KAMAZ-6282 [internet]: Accessed: 04.03.2024. Available from: https://kamaz.ru/production/buses/pdf_062023/Электробус%20KAMAZ-6282.pdf
  11. Klimov AV. Suppression of self-oscillations of driving wheels in braking mode // Truck. 2023. № 9. С. 6–14. (in Russ). EDN: PUCDXP doi: 10.36652/1684-1298-2023-9-6-14
  12. Patent RF 2797069 / 31.05.2023. Byul. № 16. Klimov AV, Ospanbekov BK, Zhileykin MM, et al. Sposob upravleniya individualnym tyagovym elektroprivodom vedushchikh koles mnogokolesnogo transportnogo sredstva. (in Russ). Accessed: 04.03.2024. Available from: https://patentimages.storage.googleapis.com/67/af/ae/b3d52bca66a2aa/RU2797069C1.pdf
  13. Klimov A.V. Synthesis of an adaptive observer of the resistance torque at a shaft of a traction electric motor // Tractors and Agricultural Machinery. 2023;90(2):99–105. (in Russ). EDN: VKZKOY doi: 10.17816/0321-4443-119856
  14. Vibratsii v tekhnike: Spravochnik in 6 Vols. Vol. 2. Kolebaniya nelineynykh mekhanicheskikh sistem. Moscow: Mashinostroenie, 1979. (in Russ).
  15. Kryukov BI. Vynuzhdennye kolebaniya sushchestvenno nelineynykh sistem. Moscow: Mashinostroenie, 1984. (in Russ).
  16. Nekorkin VI. Lektsii po osnovam teorii kolebaniy. Nizhniy Novgorod: Nizhegorodskiy uni-versitet, 2011. (in Russ).
  17. Babakov IM. Teoriya kolebaniy. Moscow: Drofa, 2004. (in Russ).
  18. Strelkov SP. Vvedenie v teoriyu kolebaniy. Moscow: Nauka, 1964. (in Russ).
  19. Yablonskiy AA, Noreyko SS. Kurs teorii kolebaniy. Moscow: Lan, 2003. (in Russ).
  20. Moiseev NN. Asimptoticheskie metody nelineynoy mekhaniki. Moscow: Nauka, 1969. (in Russ).
  21. Bogolyubov NN., Mitropolskiy YuA. Asimptoticheskie metody v teorii nelineynykh kolebaniy. T.3. Moscow: Nauka, 2005. (in Russ).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Kistler-Rim RoaDyn strain gauge wheels.

Download (239KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Torque at traction wheels at abrupt intensive acceleration when both left and right side are on wet basalt road: a) ride 1; b) ride 2; c) ride 3.

Download (545KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Torque at traction wheels at abrupt intensive braking when both left and right side are on wet basalt road: a) ride 1; b) ride 2; c) ride 3.

Download (545KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Equipment for data recording: а) Vector VN1630A; b) Computer.

Download (212KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Curves of wheel torque (а) and current consumed by the drive (b).

Download (145KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. The analytical model of interaction of an elastic wheel with solid ground surface: 1 — the vehicle sprung mass M given to a wheel; 2 — the wheel mass m; 3 — rollers; 4 — a spring showing longitudinal compliance of a tire; 5 — a ground surface; 6 — a rolling wheel; 7 — a traction electric motor; c — spring stiffness; x1, x2 — longitudinal displacements of masses 1 and 2; F(V2sk) — friction force dependent on slip rate V2sk of the wheel relatively to the ground surface; ωκ — wheel rotation velocity; rκ — distance between the wheel center and the ground surface; Mt — traction or braking torque of the traction electric drive; cm — angular ‘electromagnetic’ stiffness of the traction permanent magnet synchronous machine; Jm — inertia moment of rotating parts of the electric motor given to the rotor.

Download (62KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Curve of restoring force (а) and dependence of angular frequency ω of free oscillations on half-range A (b).

Download (84KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Resonant and skeleton curves for the non-linear system.

Download (52KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Resonance ‘breakdown’ in the systems with non-linearly increasing stiffness.

Download (31KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».