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

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.

Keywords

self-oscillations / resonance / near-resonance mode / resonance breakdown / traction electric drive

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] Климов А.В., Чиркин В.Г., Тишин А.М. О некоторых конструктивных особенностях и видах транспортных тяговых электрических двигателей // Автомобильная промышленность. 2021. № 7. С. 15–21. EDN: FEETSV

[3] 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

[4] Климов А.В., Тишин А.М., Чиркин В.Г. Различные виды тяговых синхронных двигателей для городских условий эксплуатации // Грузовик. 2021. № 6. С. 3–7. EDN: ZTRMYW

[5] 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

[6] Климов, А. В. Исследование режимов возникновения автоколебаний в тяговом электроприводе электробуса в условиях эксплуатации. В кн.: Электротехнические комплексы и системы: Материалы I Всероссийской конференции по электрическим машинам в рамках Международной научно-практической конференции. В 2-х томах, Уфа, 15–16 декабря 2022 года. Уфа: УУНТ, 2022. Т. 2. С. 414–422. EDN: PXJUCH

[7] 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

[8] Климов А.В. Исследование режимов возникновения автоколебаний в тяговом электроприводе электробуса в условиях эксплуатации // Грузовик. 2024. № 3. С.3–8. EDN: FXLUUX doi: 10.36652/1684-1298-2024-3-3-8

[9] 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

[10] Климов А. В. Противобуксовочная система с функцией подавления автоколебаний колёс в тяговом режиме работы // Труды НАМИ. 2023. № 3(294). С. 44–56. EDN: XJXUWX doi: 10.51187/0135-3152-2023-3-44-56

[11] 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

[12] Климов А.В., Антонян А.В. Исследование особенностей протекания колебательных процессов в нелинейной системе индивидуального тягового привода электробуса // Известия МГТУ “МАМИ”. 2023. Т. 17, № 1. С. 87–96. EDN: DVWXHE doi: 10.17816/2074-0530-115233

[13] 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

[14] Климов, А. В. Колебательные процессы в нелинейной системе индивидуального тягового электрического привода // Грузовик. 2023. № 7. С. 19–24. EDN: RXPWMI doi: 10.36652/1684-1298-2023-7-19-24

[15] 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

[16] Климов А.В. Наблюдатель буксования ведущих колёс с функцией подавления автоколебаний в тяговом режиме // Транспортные системы. 2023. № 2(28). С. 17–29. EDN: HRSZDR doi: 10.46960/2782-5477_2023_2_17

[17] 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

[18] Климов, А. В. Противобуксовочная система с функцией подавления автоколебаний колёс в тяговом режиме работы // Труды НАМИ. 2023. № 3(294). С. 44–56. EDN: XJXUWX doi: 10.51187/0135-3152-2023-3-44-56

[19] Electric bus KAMAZ-6282 [internet]: Accessed: 04.03.2024. Available from: https://kamaz.ru/production/buses/pdf_062023/Электробус%20KAMAZ-6282.pdf

[20] Электробус КАМАЗ-6282 [internet]: Дата обращения: 04.03.2024. Режим доступа: https://kamaz.ru/production/buses/pdf_062023/Электробус%20KAMAZ-6282.pdf

[21] 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

[22] Климов А.В. Подавление автоколебаний ведущих колёс в тормозном режиме // Грузовик. 2023. № 9. С. 6–14. EDN: PUCDXP doi: 10.36652/1684-1298-2023-9-6-14

[23] 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

[24] Патент на изобретение РФ 2797069 / 31.05.2023. Бюл. № 16. Климов А.В., Оспанбеков Б.К., Жилейкин М.М. и др. Способ управления индивидуальным тяговым электроприводом ведущих колёс многоколёсного транспортного средства. Дата обращения: 04.03.2024. Режим доступа: https://patentimages.storage.googleapis.com/67/af/ae/b3d52bca66a2aa/RU2797069C1.pdf

[25] 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

[26] Климов А.В. Синтез адаптивного наблюдателя момента сопротивления на валу тягового электродвигателя // Тракторы и сельхозмашины. 2023. Т. 90, № 2. С. 99–105. EDN: VKZKOY doi: 10.17816/0321-4443-119856

[27] Vibratsii v tekhnike: Spravochnik in 6 Vols. Vol. 2. Kolebaniya nelineynykh mekhanicheskikh sistem. Moscow: Mashinostroenie, 1979. (in Russ).

[28] Вибрации в технике: Справочник в 6 т.Т.2. Колебания нелинейных механических систем. М.: Машиностроение, 1979.

[29] Kryukov BI. Vynuzhdennye kolebaniya sushchestvenno nelineynykh sistem. Moscow: Mashinostroenie, 1984. (in Russ).

[30] Крюков Б.И. Вынужденные колебания существенно нелинейных систем. М.: Машиностроение, 1984.

[31] Nekorkin VI. Lektsii po osnovam teorii kolebaniy. Nizhniy Novgorod: Nizhegorodskiy uni-versitet, 2011. (in Russ).

[32] Некоркин В.И. Лекции по основам теории колебаний. Нижний Новгород: Нижегородский университет, 2011.

[33] Babakov IM. Teoriya kolebaniy. Moscow: Drofa, 2004. (in Russ).

[34] Бабаков И.М. Теория колебаний. М.: Дрофа, 2004.

[35] Strelkov SP. Vvedenie v teoriyu kolebaniy. Moscow: Nauka, 1964. (in Russ).

[36] Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. М.: Наука, 1964.

[37] Yablonskiy AA, Noreyko SS. Kurs teorii kolebaniy. Moscow: Lan, 2003. (in Russ).

[38] Яблонский А.А., Норейко С. С. Курс теории колебаний. М.: Лань, 2003.

[39] Moiseev NN. Asimptoticheskie metody nelineynoy mekhaniki. Moscow: Nauka, 1969. (in Russ).

[40] Моисеев Н.Н. Асимптотические методы нелинейной механики. М.: Наука, 1969.

[41] Bogolyubov NN., Mitropolskiy YuA. Asimptoticheskie metody v teorii nelineynykh kolebaniy. T.3. Moscow: Nauka, 2005. (in Russ).

[42] Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. Т.3. М.: Наука, 2005.

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector