分布式电动汽车四轮轮毂电机驱动系统开发

电动汽车用轮毂电机的研究

电动汽车用轮毂电机的研究 张继晨 （武汉理工大学汽车工程学院；汽研1202；学号：1049721202240） 摘要：轮毂电机驱动系统是电动车辆的先进驱动方式，高品质的轮毂电机及其驱动控制系统是国内外电气工程领域的重要研究方向。本文阐述了轮毂电机的不同驱动方式及其国内外研究现状，在分析了轮毂电机驱动特点基础上，介绍了轮毂电机的结构，探讨轮毂电机驱动系统的控制，特别是转向时的差速控制，并思考轮毂电机发展的关键技术。 关键词：电动汽车；驱动系统；轮毂电机；差速控制 Application of In-Wheel Motors Used for Electric Automobile Zhang Jichen (School of Automobile Engineering, Wuhan University of Technology, Class: 1202, Number: 1049721202240) Abstract:As advanced drives for electric vehicles, it is one of the most important edge research areas to develop the high-performance in-wheel motors both at home and abroad. This article described two different driving methods and their application status at home and abroad. With a presentation of the features of in-wheel motors and drives, introduced the structure of the in-wheel motors, and propose the control of the in-wheel motors system, especially the control of the steering differential while some potential technical solutions for the drives are discussed. Key words: electric automobile; driving system; in-wheel motor; differential control 前言 随着全球资源紧缺与环境污染矛盾的不断凸显，作为具有节能和环保双重效益的电动汽车近几年得到了迅速的发展。目前电动汽车的电机、电池性能已经能基本上满足车辆性能的要求，在新结构、新控制、新技术等方面展示出了巨大的发展潜力。在各种形式驱动的电动汽车中，轮毂电机将是电动汽车的最终驱动形式。轮毂电机的快速响应特性可提高电动汽车的动态控制能力，使汽车在驱动、制动、转向等多种工况下均具有较好的表现。轮毂电机不但可以进行防抱死控制、牵引力控制、转矩矢量控制，还可以进行主动平顺性控制，因此轮毂电机可以替代传统汽车底盘中绝大部分执行机构。目前，对轮毂电机来说，最重要的技术是将电动机、传动系统、制动系统和悬架系统共同嵌入到车轮中，而体积过大时轮毂电机电动汽车普及的一个障碍。 1. 轮毂式电动汽车发展现状 轮毂式电动汽车是一种新兴的驱动式电动汽车，有两种基本形式，即直接驱动式电动轮和带轮边减速器电动轮。它直接将电机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器、变速器、主减速器及差速器等部件，简化了整车结构，提高了传动效率，并且能通过控制技术实现对电动轮的电子差速控制。电动轮将成为未来电动汽车的发展方向。 1.1 国外研究现状 目前国际上对轮毂电机电动汽车的研究主要以日本为主。日本很早就开始了对轮毂电机研究和开发，取得了一系列的研究成果，其技术在世界各国电动汽车研究领域处于领先位置。日本庆应义塾大学的电动汽车研究小组先后研制了IZA、ECO、KAZ等电动汽车均采用轮毂电机驱动技术。2001年该小组研制了超级电动轿车“KAZ”，该车采用8个55kW的永磁同步电机驱动，最高车速达到了311km/h，0~100km/h的加速时间是8s，电动车轮匹配了一套行星齿轮减速机构。2004年，该小组再次推出电动轿车Eliica，该车采用8个直驱式轮毂电机直接驱动车辆，最高车速在良好工况下达到400km/h，0~60km/h加速时间为4s，大大提高了轮毂电动汽车的性能。 美国通用汽车公司也致力于轮毂电机电动汽车的研究，它对未来电动汽车发展提出了名为“Autonomy”的概念，其思想是将电动轮驱动与线控操作技术相结合。大大提高了汽车的操纵稳定性和智能化。轮毂电机驱动技术的采用使底盘空间增大，使汽车的布置结构更加灵活，且汽车的转向、制动和动力控制等系统都能通过线控操纵来实现，

电动车用轮毂电机研究现状与发展趋势2

电动车用轮毂电机研究现状与发展趋势 褚文强,　辜承林 (华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉　430074) 摘　要:介绍了轮毂电机相对于燃油汽车和单电机集中驱动系统的优势,比较了各种电动汽车用电机的基本性能。阐述了轮毂电机的不同驱动方式及其国内外研究与应用现状。无位置传感器控制技术、转矩脉动的抑制、弱磁扩速、电机本体的设计及永磁材料等将是今后轮毂电机的研究热点。 关键词:电动汽车;驱动系统;轮毂电机 中图分类号:T M384∶U469.72　文献标识码:A　文章编号:167326540(2007)0420001205 Appli ca ti on St a tus and D evelop i n g Tend of I n2W heel M otors Used for Electr i c Auto m ob ile CHU W en2qiang,　G U Cheng2lin (College of Electrical and Electr onic Engineering,Huazhong University of Science and Technol ogy,W uhan430074,China) Abstract:The advantages of in2wheel mot or compared with the driving syste m of traditi onal mot ors are de2 scribed.Then t w o different driving methods and their app licati on status at home and abr oad are intr oduced.The qual2 itative analysis of several kinds of typ ical driving mot or is made next.Their perf or mances are compared and their ad2 vantages/disadvantages are als o point out.Finally the devel op ing trend of wheeled mot or technol ogy is p resented. Key words:electr i c auto m ob ile;dr i v i n g syste m;i n2wheel m otor 0　概　述 早在20世纪50年代初,美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置。该轮毂于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用自卸车上。近年来,随着电动汽车的兴起,轮毂电机重新引起了重视。轮毂电机驱动系统的布置非常灵活,可以使电动汽车成为两个前轮驱动、两个后轮驱动或四轮驱动。与内燃机汽车和单电机集中驱动电动汽车相比,使用轮毂电机驱动系统的汽车具有以下几方面优势: (1)动力控制由硬连接改为软连接型式。通过电子线控技术,实现各电动轮从零到最大速度的无级变速和各电动轮间的差速要求,从而省略了传统汽车所需的机械式操纵换档装置、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等,使驱动系统和整车结构简洁,有效可利用空间大,传动效率提高。 (2)各电动轮的驱动力直接独立可控,使其动力学控制更为灵活、方便;能合理控制各电动轮的驱动力,从而提高恶劣路面条件下的行驶性能。 (3)容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。 (4)底架结构大为简化,使整车总布置和车身造型设计的自由度增加。若能将底架承载功能与车身功能分离,则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化,从而缩短新车型的开发周期,降低开发成本。 (5)若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导入线控四轮转向技术(4W S),实现车辆转向行驶高性能化,可有效减小转向半径,甚至实现零转向半径,大大增加了转向灵便性。 1　驱动系统 1.1　驱动方式 轮毂电机的驱动方式可以分为减速驱动和直接驱动两大类[1]。 在减速驱动方式下(见图1),电机一般在高 — 1 —

电动汽车驱动电机类型种类和结构原理图

电动汽车驱动电机类型种类和结构原理图 随着电动汽车行业的发展，各大汽车厂商纷纷开发了自家的电动车型。在雨后春笋般的的电动汽车市场，大家在看车的时候，厂商均推出了各自车型应用的电机。到底不同的电机有什么差别，下面本文就来讲讲新能源汽车电机的基础知识，介绍各种电机在电动汽车应用特点。 一、什么是电机? 所谓电机，就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性;当机械能被转换成电能时，电机表现出发电机的工作特性。大部分电动汽车在刹车制动的状态下，机械能将被转化成电能，通过发电机来给电池回馈充电。

二、电动汽车应用驱动电机特点 基于电动汽车的特点，对所采用的电机也有较高的要求。为了提升最高时速，电机应有较高的瞬时功率和功率密度(W/kg)；为了增加1次充电行驶距离，电机应有较高的效率；而且电动汽车是变速工作的，所以电机应有较高的高低速综合效率;此外有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。电动车起动和爬坡时速度较低，但要求力矩较大；正常运行时需要的力矩较小，而速度很高。低速时为恒转矩特性，高速时为恒功率特性，且电动机的运行速度范围应该较宽。另外，电机还应具备坚固、可靠，有一定的防尘防水能力，且成本不能过高。 目前，从现已成熟的电机技术来看，开关磁阻电机在各个技术特性方面似乎很符合电动车的使用需要，但尚未得到广泛应用；而现今永磁同步电机在电动汽车行业应用较广泛；现在较为知名的特斯拉Model系列均采用异步电机。此外，如果按电流类型划分还可分为直流电机和交流电机两种。下面根据转速、功率密度、体积等多方面特性参数对比来了解4种较为典型的驱动电机特点。

高性能分布式驱动电动汽车关键 基础问题研究

项目名称：高性能分布式驱动电动汽车关键基础问 题研究 首席科学家：余卓平同济大学 起止年限：2010.9至2015.9 依托部门：上海市科委

二、预期目标 3.1 总体目标 本项目以分布式驱动电动汽车的节能与主动安全性能为突破点，建立基于分布式驱动电机特性的轮胎动态模型、车辆多体耦合动力学模型和动力电源—电驱动系统多场耦合动力学模型，构建分布式驱动电动汽车多体多场复杂耦合动力学系统；研究电源与电驱动系统能耗规律、车辆空气/热动力学特性及其能耗规律，提出分布式电源与能量管理系统的分析与设计理论、车身空气动力造型设计及整车结构设计方法与整车热管理方法；探索无非驱动轮工况下车辆关键动力学参数自适应辨识方法；研究复杂耦合系统能耗优化与动力学协调控制理论，创立高性能分布式驱动电动汽车设计与控制的新理论、新方法。 通过该重大基础研究项目的支持，可以培养一支以高性能分布式驱动电动汽车核心技术为研究背景的科研团队，产生一批具有国际影响力的中青年学术专家和具有自我创新能力的高水平骨干人才，提高我国汽车工业的自主研发水平，为我国电动汽车开发提供基础理论支持，推动我国汽车工业的跨越式发展。 3.2 五年预期目标 （1）理论研究成果： 揭示分布式驱动电机转矩与转速快速变化时的轮胎－路面的瞬态作用机理；揭示分布式驱动型式对电动汽车整车动力学的影响规律及多物理场 的耦合作用对分布式驱动电动汽车动力学的影响规律。 揭示电源系统在全生命周期和全工作范围内的能量效率变化规律；建立适用于分布式驱动系统的电池状态估计理论模型，提出电池状态估计方 法；揭示多样工况条件下不同拓扑结构电源与轮边电驱/制动系统能耗 内在规律，提出电源及分布式电驱/制动系统拓扑结构理论及能量管理 方法。 揭示分布式驱动电动汽车的流场规律、空气阻力形成机理，探索适应于分布式驱动结构的最佳空气动力学汽车外形特征；揭示分布式驱动电动 汽车在轮边驱动单元区域的特殊流动及传热规律，探索适应于该区域的 特有的气动外型特征和热管理途径。 初步建立起高性能分布式驱动电动汽车多源信息融合的车辆状态估计与参数辨识方法及技术体系，并在路面特征参数辨识方法以及车辆行驶状 态参数估计的自适应方法方面取得突破。 建立适用于分布式电驱动模式的汽车驱动/制动控制的理论，阐明分布式驱动电动汽车能量管理与汽车动力学控制间的作用关系，形成分布式驱 动电动汽车复杂耦合系统能量管理与动力学协调控制理论。 （2）技术创新与应用成果： 建立轮胎高频动态模型及多物理场耦合作用下分布式驱动电动汽车复杂多体系统动力学模型，提出分布式驱动电动汽车复杂耦合动力学建模 方法。

【CN109774457A】一种电动汽车用轮毂电机【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910156189.6 (22)申请日 2019.03.01 (71)申请人 北京精密机电控制设备研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路1号 (72)发明人 王福德　郑继贵　李鹏飞　郭喜彬　 赵青　 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 张辉 (51)Int.Cl. B60K 7/00(2006.01) H02K 7/00(2006.01) H02K 5/20(2006.01) (54)发明名称 一种电动汽车用轮毂电机 (57)摘要 本发明公开了一种电动汽车用轮毂电机，包 括轮胎轮毂和轮毂电机本体。轮胎轮毂与轮毂电 机本体固定连接。轮毂电机本体包括转动部件和 固定部件，转动部件铰接于固定部件的固定轴 上。本发明整体结构形成箱型、半箱型结构，且定 子外壳和转子外壳设置有加强筋结构，具有高强 度、高刚度、轻量化的特点，在满足轮毂电机强度 和刚度的同时大大降低整车簧下质量，成本低、 可靠性及冗余性高、散热性和密封性好、抗振动 及冲击性能力强、电机单元性好、提高了功率密 度，适应电动汽车、大型特种电动车辆的高功率 高扭矩需求。权利要求书2页 说明书5页 附图5页CN 109774457 A 2019.05.21 C N 109774457 A

权　利　要　求　书1/2页CN 109774457 A 1.一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：包括轮胎轮毂(1)和轮毂电机本体(2)；轮胎轮毂(1)与轮毂电机本体(2)固定连接。 2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述轮毂电机本体 (2)，包括转动部件(3)和固定部件(4)，所述转动部件(3)铰接于固定部件(4)的固定轴上。 3.根据权利要求2所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述转动部件(3)包括转子外壳(17)、外侧弹性挡圈(16)、内侧弹性挡圈(15)、过渡连接架(18)、转子模块(36)、第一轴承(23)、第二轴承(14)、动密封圈(24)、动密封圈挡板(7)、过渡挡板(25)和刹车片(6)； 转子外壳(17)为“C”型结构，其上加工有法兰孔，内侧开有多个槽，每个槽内加工有两个键，外侧设置有多个加强筋； 过渡连接架(18)为柱状结构，内部加工有轴孔，过渡连接架(18)从转子外壳(17)中心穿出，并通过螺柱头固定于转子外壳(17)的法兰孔中，第二轴承(14)和第一轴承(23)依次安装于过渡连接架(18)的轴孔内，内侧弹性挡圈(15)挡在第一轴承(23)的外侧，外侧弹性挡圈(16)挡在第二轴承(14)的外侧，防止轴承窜动； 每个转子模块(36)安装于转子外壳(17)的一个内侧槽中，每个转子模块(36)内圈设置有槽，转子外壳(17)内侧槽内的键嵌入转子模块(36)内圈槽中，形成稳定结构； 转子模块(36)侧面设置动密封圈挡板(7)，动密封圈(24)安装于转子外壳(17)内侧，动密封圈(24)与动密封圈挡板(7)相接触，过渡挡板(25)和刹车片(6)依次通过螺栓安装于转子外壳(17)的法兰孔上，过渡挡板(25)用于压紧动密封圈(24)。 4.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述每个转子模块(36)包括两个导磁体(13)和一个磁钢(21)，磁钢(21)两侧设置有键，导磁体(13)两侧设置有槽，两个导磁体(13)夹住磁钢(21)，且磁钢(21)两侧的键分别插入两侧导磁体(13)槽内。 5.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：还包括第一静密封圈(32)、第二静密封圈(33)和第三静密封圈(34)，所述第一静密封圈(32)安装在转子外壳(17)和过渡连接架(18)相接触位置的内密封槽内；第二静密封圈33)安装在转子外壳(17)和过渡连接架(18)相接触位置的外密封槽内，第三静密封圈(34)安装在过渡连接架(18)和轮胎轮毂(1)相接触位置的密封槽内。 6.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述过渡连接架(18)伸出转子外壳(17)的一端通过螺柱头固定在轮胎轮毂(1)上。 7.根据权利要求3所述的一种电动汽车用轮毂电机，其特征在于：所述固定部件(4)包括定子外壳(8)、固定轴(5)、水道密封外环(10)、水道密封内环(11)、定子模块(37)、旋转变压器(19)和轴窜动锁紧螺母(20)； 定子外壳(8)外侧设置有加强筋，固定轴(5)固定于定子外壳(8)上，固定轴(5)的轴侧插入第一轴承(23)和第二轴承(14)孔内，轴窜动锁紧螺母(20)安装于固定轴(5)末端，防止固定轴(5)轴向窜动，水道密封外环(10)、水道密封内环(11)固定于定子外壳(8)上，且水道密封外环(10)套于水道密封内环(11)上，旋转变压器(19)外圈安装于水道密封内环(11)上，旋转变压器(19)内圈通过键插入过渡连接架(18)上； 定子模块(37)相对的两个侧面中，一侧加工有连接键，一侧加工有连接槽，底面加工有固定键，固定键插入水道密封外环(10)的固定槽内，各个定子模块的连接键和连接槽首尾 2

电动汽车轮毂电机参数

电动汽车轮毂电机参数 由于能源问题和环境问题的日益突出,各国和各大汽车厂商不得不寻找传统燃油汽车的替代品。电动汽车具有能量利用率高、对环境污染小等优点,被视为未来重要的交通工具之一。 对轮毂电机驱动方式的电动汽车而言,电机控制策略效果将直接影响整车控制性能的好坏。而驱动电机控制策略的设计又与电机的机械参数(转动惯量)和电气参数(电阻、电感和磁链)息息相关,因此在线辨识这些参数对提高电动汽车的整体控制效果具有重大意义。 机性能试验台，包括轮毂电机控制系统、试验台架和测量与控制系统三部分，通过调节电机的输入量和负载转矩，不仅能测量轮毂电机的基本参数，如输入电压/电流，输入功率，电机转速，输出转矩等，还能对电机进行各种试验，如空载试验、加载试验、效率试验等，全面检测轮毂电机的性能，为轮毂电机的设计和优化提供数据支持。 轮毂电机使用时可分为减速驱动和直接驱动两种驱动方式。 ①采用减速驱动方式，电动车电机一般在高速下运行，选用高速内转子式电

机。减速机构放置在电机和车轮之间，起到减速和增加转矩的作用。减速驱动具有如下优点：电机运行在高速下，具有较高的效率，转矩大，爬坡性能好，能保证汽车在低速运行时获得较大的平稳转矩。 不足之处是：难以实现液态润滑，齿轮磨损严重，使用寿命短，不易散热，噪声大。减速驱动方式适合于丘陵或山区使用，以及要求过载能力大和城区客车等需要频繁起动／停车等场合。 ②采用直接驱动方式，多采用外转子式电机。为了使汽车能顺利起步，要求电机在低速时能提供大的转矩。直接驱动的优点有：不需要减速机构，使得整个驱动结构更加简单、紧凑，轴向尺寸也较小，而且效率也进一步提高，响应速度也较快。 其缺点是：起步、爬坡以及承载较大载荷时需要大电流，易损坏电池，电机效率峰值区域小。直接驱动方式适合平路或负荷较小的场合。

新能源电动汽车电驱动系统

新能源电动汽车电驱动 系统 标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]

现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。 电驱动系统的由以下几个部分组成： 1．电动汽车驱动电机 选用小型轻量的高效电机，对目前电池容量较小、续驶里程较短的电动汽车现状显得尤为重要。早期电动汽车驱动电机大部分采用他励直流电机(DCM)。直流电机驱动系统改变输入电压或电流就可以实现对其转矩的独立控制，进行平滑调速，具有良好的动态特性，并且有成本低、技术成熟等优点。但是，直流电机的绝对效率低，体积、质量大，碳刷和换向器维护量大，散热困难等缺陷，使其在现代电动汽车中应用越来越少。随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展以及新材料的出现和现代控制理论的应用，机电一体化的交流驱动系统显示了它的优越性，如效率高、能量密度大、驱动力大、有效的再生制动、工作可靠和几乎无需维护等，使得交流驱动系统开始越来越多地应用于电动汽车中。目前在电动汽车中，主要采用永磁同步电机(PMSM)驱动系统、开关磁阻电机(SRM)驱动系统和异步感应电机(肼)驱动系统。 永磁同步电机(PMSM)是一种高性能的电机，具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、控制灵活的优点，在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车用电动机的研发热点，是异步感应电机的最有力的竞争对手。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机，如Honda公司的EV Plus、Nissan公司的Altra和Toyota公司的RAV4及Prius车型等。但是，永磁电机的磁钢价格较高，磁性能受温度振动等因素的影响，有高温退磁等问题。 开关磁阻电机(SRM)是由磁阻电机和开关电路控制器组成的机电一体化新型调速电机。开关磁阻电机工作时，依次使定子线圈中的电流导通或截止，电流变化形成的磁场吸引转子的凸出磁极从而产生转矩。开关磁阻电机结构简单，成本较低，可靠性高，起动性能和调速性能好，控制装置也比较简单。然而在实际应用中，开关磁阻电动机存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，所以目前应用开关磁阻电机的驱动系统仍然很少，主要以Chloride公司的“Lucas”电动汽车为代表。 异步感应电机(M)具有结构简单、坚固、成本低、可靠性高、转矩脉动小、噪声小、转速极限高、无需位置传感器及免维护等特点，因而在电动汽车驱动电机领域里，是应用很广泛的一种无换向器电机。近年来，由IM驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。 异步电机的矢量控制调速技术也比较成熟，其电驱动系统具有良好的性能，因此被较早地应用于电动汽车，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品。迄今为止，美国“Impact’’系列、“ETX．2”型，日本“Cedric"、“OTwn"、“FEV"型，德国 “T4”、“190’’型等电动汽车均采用异步感应电机。异步电机的最大缺点是驱动电路复杂，效率比永磁电机和开关磁阻电机低，特别是在轻载运行时效率更低。因此，如何进一步提高异步电机的运行效率，己经成为人们关注的重要课题。 2．变速器

电动汽车主要驱动方式对比

导读：电动汽车可分为两种：单电机集中驱动型式电动汽车(简称集中驱动式电动汽车)和多电机分布驱动型式电动汽车(简称分布式驱动电动汽车)。 电动汽车作为一种工业产品，以电池为主要能量源，动力源全部或部分由电动机提供，涉及机械、电力电子、通信、嵌入式控制等多个学科领域。电动汽车与传统汽车相比，能量源、驱动系统结构都发生了极大的改变。根据驱动系统结构布置的不同，电动汽车可分为两种：单电机集中驱动型式电动汽车(简称集中驱动式电动汽车)和多电机分布驱动型式电动汽车(简称分布式驱动电动汽车)。 1、传统集中式驱动结构类型 集中驱动式电动汽车与传统内燃机汽车的驱动结构布置方式相似，用电动机及相关部件替换内燃机，通过变速器、减速器等机械传动装置，将电动机输出力矩，传递到左右车轮驱动汽车行驶。集中驱动式电动汽车操作实现技术成熟、安全可靠，但存在体积较重，效率相对不高等不足。随着纯电动汽车技术研究的深入，纯电动汽车的驱动系统的布置结构也逐渐由单一动力源的集中式驱动系统向多动力源的分布式驱动系统发展。图1.1为电动汽车不同驱动系统的结构示意图。图1.1(a)为单电动机集中驱动型式，由电动机、减速器和差速器等构成，由于没有离合器和变速器，可以减少传动装置的体积及质量。图1.1(b)也为单集中驱动型式，与发动机横向前置前驱的内燃机汽车结构布置方式相似，将电动机、减速器和差速器集成一体，通过左右半轴分别驱动两侧车轮，该布置型式结构紧凑，多用于小型电动汽车上。图1.1(c)为双电机分布驱动型式，两个驱动电机通过减速器分别驱动左右两侧车轮，可通过电子差速控制实现转向行驶，以取代机械差速器，该驱动方式为目前研究的热点。图1.1(d)为轮毂电机分布式驱动型式，电动机和固定速比的行星齿轮减速器安装在车轮里面，省去传动轴和差速器，从而使传动系统得到简化。该驱动方式对驱动电机的要求较高，同时控制算法也比较复杂。 2、分布式驱动电动汽车结构类型

纯电动汽车驱动电机应用概述

纯电动汽车驱动电机应用概述 郑金凤 胡冰乐 张翔 (福建农林大学机电工程学院，福建 福州 350002) 摘 要：介绍了目前纯电动汽车的发展状况，叙述了纯电动汽车驱动电机不同类型的特点及相关的控制方法。还介绍了一些目前应用比较广泛的驱动电机控制方法的主要内容及其所解决的相关问题。 关键词：纯电动汽车 驱动电机 矢量控制 直接转矩控制 中图分类号：TP202 文献标识码：A Driving Motor for Electric Vehicles Application Overview Zheng Jinfeng Hu Bingle Zhang Xiang (College of Mechanical and Electronic Engineering，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China) Abstract: the current state of development of electric vehicles and features of the electric vehicles are described.Otherwise,driving motors and its control methods are narrated. Also major contents of some driving motor control methods applied extensively at present and its related issues are discussed. Key words：Electric vehicle，Drive motor，Vector control，Direct Torque Control 引言 由于环境保护越来越受消费者和政府的重视，以及能源价格的不断上涨，使得世界的汽车制造商都纷纷加大开新能源汽车开发力度。在去年金融危机的影响下，今年以来，由于全球大多主流的汽车市场纷纷出现衰退，尤其以美国和日本为代表的两大汽车市场出现了急剧下滑，使得美国和日本汽车厂家不得不加速原本保守的计划，从而重新刺激美国和日本等原有核心市场。而电动汽车以电能为能源，具有零排放无污染的突出优点，因此备受汽车界的推崇。在中国，政府今年也不断的推出各种政策来促进纯电动汽车的发展。回顾一下国际上电动汽车的发展史，连这次至少有四次，世界汽车工业界要启动纯电动汽车，但是前三次都失败了。前三次失败主要是因为电池。前三次基本上都是以铅酸电池为基础，由于他的比能量和比价格都比较差，所以没有得到推广。现在随着电池技术的不断发展，使得纯电动汽车的推广得以实现。现在纯电动汽车主要采用的是锂电池，锂电池的比能量是铅酸电池的八到十倍，且质量轻。今年比亚迪、丰田、奇瑞等汽车公司都将推出各自的纯电动汽车。并且电动汽车将可能慢慢成为汽车发展的一种趋势和必然[1,2,3]。 1各种电动汽车驱动电机的性能[4-11] 纯电动汽车关键的难点重点在于电池技术和驱动电机。电池技术已经在一定程度上得到了突破。下面主要讨论一下驱动电机的相关状况。 1.1电动汽车驱动电机控制的关键问题 电动汽车是以车载电源为动力，并采用电动机驱动的一种交通工具。电机及其驱动系统是电动汽车的核心部件之一，由于电动汽车在运行过程中频繁起动和加减速操作，对驱动系统的有着很高的要求。下面主要阐述控制过程中的一些关键问题: （1）用在电动汽车的电动机应具有瞬时功率大、过载能力强(过载3～4倍)、加速性能好，使用寿命长的特点。 （2）电动汽车用电动机调速范围应该宽广，包括恒转矩区和恒功率区。要求在低速运行时可以输出大恒定转矩，来适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求；高速时能够输出恒定功率，能有较大的调速范围，以适应平坦的路面、超车等高速行驶要求。

轮毂电机在电动车应用概述

1 轮毂电机系统的概念与应用领域 轮毂电机系统是本文提出的概念。通常，人们称其为轮毂电机，也有的研究者称其为轮式电机、车轮电机或者电动轮，英文名称以“in-wheel motor”居多，也有称“wheel motor”和“wheel direct drive motors”的。实际上，以上称谓严格来说都是不准确的。“轮毂电机、轮式电机和车轮电机”都侧重于电机，而“电动轮”侧重于车轮。若从系统观点出发，我们所指确切应为驱动电机和车轮紧密集成而形成的一体化的多功能系统，即为“integrated motor and wheel system”。为了方便起见，本文对已经被工程界广泛应用的“轮毂电机”和“in-wheel motor”稍作修改，以“轮毂电机系统”和“in-wheel motor system”作为中英文称谓。 轮毂电机系统在各种交通工具中都有应用。不同的应用场合对轮毂电机的结构型式和技术性能等都提出了不同的要求，相应的产生了各种轮毂电机系统及其特色技术。本文的主要研究对象是汽车用轮毂电机系统。 2 轮毂电机系统的发展历史 轮毂电机系统的诞生可以一直追溯到电动汽车诞生的初期，而轮毂电机在电动汽车上的广泛应用主要集中在近几年的概念车上。 最早见诸于文献的有关轮毂电机及其应用来自于著名汽车公司保时捷的创始人保时捷（F. Porsche）。1900年，保时捷研制了两个前轮装备轮毂电机的前轮驱动双座电动汽车，并在电动汽车比赛中取得了最好的成绩。图2所示为保时捷研制的轮毂电机驱动电动汽车。值得引起注意的是，保时捷在1902年就研制出了采用发动机和轮毂电机的混合动力汽车，取得山地汽车拉力赛的好成绩。1910年，保时捷研制了军用陆地列车，最前面的机车装备发动机和发电机，后面的10辆列车利用轮毂电机驱动（图3）。可以说，保时捷是基于轮毂电机的电动汽车和混合动力汽车之父。 20世纪50年代，美国人罗伯特发明了电动汽车轮毂，并申请了专利。1968年这种轮毂被通用电器公司应用在大型矿用自卸车上。采用轮毂电机的电动汽车具有一个明显的优点，就是可以采用采用扁平的车架结构，因此在需要频繁上下车的城市公共交通客车上大量应用。图所示为许多汽车公司研制的低车架和低地板公交车上应用的轮毂电机结构。 轮毂电机系统驱动作为电动汽车的一种重要驱动形式，得到了各大汽车厂商和组织的重视。自90年代起，日本就推出了一系列轮毂电机系统驱动的电动汽车，如TEPCO的IZA，NIES的Eco，Luciole等等，最近又有三菱的Colt、Lancer Evolut MIEV，本田的FCX concept等新车型。通用自2002年开始推出的概念车AUTOnomy(自主魔力)、Squel采用的都是轮毂电机系统驱动。与此同时，各大厂商加大了对轮毂电机系统的研发力度，高性能的新型轮毂电机系统不断涌现，轮毂电机的门

分布式驱动电动汽车车轮滑移率自适应控制

分布式驱动电动汽车车轮滑移率自适应控制 摘要：主要研究分布式驱动电动汽车滑移率自适应控制问题。由于被研究车轮动态系统具有很强的非线性，滑移率控制需要一个鲁棒性较强的控制器。该研究设计了基于PI 控制算法的滑移率控制器，目标在于不管路面如何变化都能将车轮滑移率控制在设定最优滑移率上。与此同时，本研究还设计了一个在线路面估计器，估计器实时为滑移率PI控制器提供路面最优滑移率值。PI控制器和在线路面估计器结合路面自适应控制律就构建了滑移率自适应控制器。PI控制器和在线路面估计器的设计保证了其具有李雅普诺夫稳定性。最后，基于分布式驱动电动汽车仿真平台对滑移率自适应控制器性能进行了仿真验证。仿真结果表明，滑移率自适应控制器性能优良，大大地提高了车辆的驱动性能和驱动效率。 关键词：自适应控制路面估计滑移率电动汽车 Abstract：This project conducts a research on wheel slip ratio control for distributed drive electric vehicles. In consideration of wheel rotation dynamics and its strong nonlinear properties，a Proportional-Integral controller is designed in this paper aimed at regulating the wheel slip ratio to a constant value regardless of the road adhesion conditions.

纯电动汽车的驱动电机系统详解

纯电动汽车的驱动电机系统详解 驱动电机系统是电动汽车三大核心系统之一，是车辆行驶的主要驱动系统，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。一、驱动电机系统介绍驱动电机系统由驱动电机、驱动电机控制器(MCU)构成，通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接，如图1所示。整车控制器(VCU)根据加速踏板、制动踏板、挡位等信号通过CAN网络向电机控制器MCU发送指令，实时调节驱动电机的扭矩输出，以实现整车的怠速、加速、能量回收等功能。电机控制器能对自身温度、电机的运行温度、转子位置进行实时监测，并把相关信息传递给整车控制器VCU，进而调节水泵和冷却风扇工作，使电机保持在理想温度下工作。驱动电机技术指标参数，如表1所示，驱动电机控制器技术参数如表2所示。1、驱动电机永磁同步电机是一种典型的驱动电机(图2)，具有效率高、体积小、可靠性高等优点，是动力系统的执行机构，是电能转化为机械能载体。它依靠内置旋转变压器、温度传感器(图3)来提供电机的工作状态信息，并将电机运行状态信息实时发送给MCU。旋转变压器检测电机转子位置，经过电机控制器内旋变解码器解码后，电机控制器可获知电机当前转子位置，从而控制相应的IGBT功率管导通，按顺序给定子三个线圈通电，驱

动电机旋转。温度传感器的作用是检测电机绕组温度，并提信息供给MCU，再由MCU通过CAN线传给VCU，进而控制水泵工作、水路循环、冷却电子扇工作，调节电机工作温度。驱动电机上有一个低压接口和三根高压线(V、U、W)接口，如图4所示。其中低压接口各端子定义如表3所示，电机控制器也正是通过低压端口获取的电机温度信息和电机 转子当前位置信息。2、驱动电机控制器驱动电机控制器MCU结构如图5所示，它内部采用三相两电平电压源型逆变器，是驱动电机系统的控制核心，称为智能功率模块，它以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为核心，辅以驱动集成电路、主控集成电路。MCU对所有的输入信号进行处理，并将驱动电机控制系统运行状态信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器VCU。驱动电机控制器内含故障诊断电路，当电机出现异常时，达到一定条件后，它将会激活一个错误代码并发送给VCU整车控制器，同时也会储存该故障码和相关数据。驱动电机控制器主要依靠电流传感器(图6)、电压传感器、温度传感器来进行电机运行状态的监测，根据相应参数进行电压、电流的调整控制以及其它控制功能的完成。电流传感器用于检测电机工作实际电流，包括母线电流、三相交流电流。电压传感器用于检测供给电机控制器工作的实际电压，包括动力电池电压、12V蓄电池电压。温度传感器用于检测电机控制系统的工作温度，包括IGBT模块的温度。驱动电

分布式驱动电动汽车状态参数估计综述

10.16638/https://www.wendangku.net/doc/1b7998493.html,ki.1671-7988.2019.15.001 分布式驱动电动汽车状态参数估计综述* 樊东升，李刚 （辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州121001） 摘要：由于汽车的状态参数在行驶过程中不断变化，从而影响车辆行驶状态的准确估计，针对这一问题，论文对分布式驱动电动汽车状态参数估计进行了综述，列举了常用的两种估计算法，分别从扩展卡尔曼滤波和容积卡尔曼滤波两个方面进行了论述，对比分析了两种算法之间的应用场景与估计效果。总结出通过信息融合技术的多滤波器融合成为车辆状态参数估计的主流方向。 关键词：分布式驱动电动汽车；状态参数估计；扩展卡尔曼滤波；容积卡尔曼滤波 中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)15-03-02 Review on State Parameter Estimation of Distributed Drive Electric Vehicles* Fan Dongsheng, Li Gang （Automobile & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001） Abstract: As the vehicle state parameters change continuously during vehicle driving process, which affects the accurate estimation of vehicle driving state. For this problem, the paper reviewed the state parameter estimation of distributed driving electric vehicle, and listed two commonly used estimation algorithms. The extended Kalman filter and the cubature Kalman filter were discussed. The application scenarios and estimation effects between the two algorithms were compared and analyzed. It is concluded that the multi-filter fusion through information fusion technology becomes the mainstream direction of vehicle state parameter estimation. Keywords: Distributed drive electric vehicle; State parameter estimation; Extended Kalman filter; Cubature Kalman filter CLC NO.: U469.72 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)15-03-02 1 前言 汽车在行驶过程中，很难直接获取准确的车辆状态参数，而获取这些参数的传感器价格又非常的昂贵，无法大量使用在量产车上。随着科技技术的发展，一些低成本的传感器（纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度）逐渐被研究出来，其精度也相对较高，因此开始逐渐运用在汽车上，通过这些传感器实现对车辆状态参数的估计，从而解决了无法直接测得准确的车辆状态的难题。目前汽车的主动安全系统响应速度与响应效果很大程度上取决于车辆在运动状态中自身关键参数的估计精度。当前应用的主流系统，一个普遍的问题是车辆模型的参数缺乏适应性，这些参数通常情况下被视为随时间恒定不变的，尽管它们不是完全已知的或者受到时间变化以及运动的影响。导致的直接结果就是，由于驾驶条件的不断变化，采用固定不变的参数值使控制系统的性能降低[1]。 作者简介：樊东升（1995.3-）男，硕士研究生，就读于辽宁工业大 学，研究方向：车辆系统动力学及控制。 基金项目：国家自然科学基金面上项目（51675257）辽宁省高等学 校创新人才项目（LR2016054）。 3

电动自行车与电动汽车轮毂电机轮毂电机差别

汽车轮毂电机比电动自行车轮毂电机功率大，扭矩大。最大的差别在控制系统上。自行车是两个轮子，但汽车有四个，要解决差速问题和同步问题，这是最大的难题。 使用轮毂电机的电动自行车无电骑行会有电磁阻力，使用离合机构可减小电磁阻力。也可以使用离合机构来调节齿轮转速比。 电机的优点 省略大量传动部件，让车辆结构更简单 对于传统车辆来说，离合器、变速器、传动轴、差速器乃至分动器都是必不可少的，而这些部件不但重量不轻、让车辆的结构更为复杂，同时也存在需要定期维护和故障率的问题。但是轮毂电机就很好地解决了这个问题。除了结构更为简单之外，采用轮毂电机驱动的车辆可以获得更好的空间利用率，同时传动效率也要高出不少。 折叠可实现多种复杂的驱动方式 由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，它都可以比较轻松地实现，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向(不过此时对车辆转向机构和轮胎的磨损较大)，对于特种车辆很有价值。 便于采用多种新能源车技术 新能源车型不少都采用电驱动，因此轮毂电机驱动也就派上了大用场。无论是纯电动还是燃料电池电动车，抑或是增程电动车，都可以用轮毂电机作为主要驱动力;即便是对于混合动力车型，也可以采用轮毂电机作为起步或者急加速时的助力，可谓是一机多用。同时，新能源车的很多技术，比如制动能量回收(即再生制动)也可以很轻松地在轮毂电机驱动车型上得以实现。 轮毂电机的缺点 增大簧下质量和轮毂的转动惯量，对车辆的操控有所影响 对于普通民用车辆来说，常常用一些相对轻质的材料比如铝合金来制作悬挂的部件，以减轻簧下质量，提升悬挂的响应速度。可是轮毂电机恰好较大幅度地增大了簧下质量，同时也增加了轮毂的转动惯量，这对于车辆的操控性能是不利的。不过考虑到电动车型大多限于代步而非追求动力性能，这一点尚不是最大缺陷。 电制动性能有限，维持制动系统运行需要消耗不少电能 现在的传统动力商用车已经有不少装备了利用涡流制动原理(即电阻制动)的辅助减速设备，比如很多卡车所用的电动缓速器。而由于能源的关系，电动车采用电制动也是首选，不过对于轮毂电机驱动的车辆，由于轮毂电机系统的电制动容量较小，不能满足整车制动性能的要求，都需要附加机械制动系统，但是对于普通电动乘用车，没有了传统内燃机带动的真空泵，就需要电动真空泵来提供刹车助力，但也就意味了有着更大的能量消耗，即便是再生制动能回收一些能量，如果要确保制动系统的效能，制动系统消耗的能量也是影响电动车续航里程的重要因素之一。 此外，轮毂电机工作的环境恶劣，面临水、灰尘等多方面影响，在密封方面也有较高要求，同时在设计上也需要为轮毂电机单独考虑散热问题。