(good)轮毂式电动汽车驱动系统的控制策略建模与仿真

武汉理工大学

硕士学位论文

轮毂式电动汽车驱动系统的控制策略建模与仿真

姓名：王玲珑

申请学位级别：硕士

专业：车辆工程

指导教师：黄妙华

20070501

武汉理工大学硕士学位论文

本文就是以轮式驱动电动车为背景，研究轮毂电机及整车控制策略，提出轮式驱动电动车电子差速控制模型和转矩分配。通过这些研究，将其运用到电动汽车的实际开发中，能够提高电动汽车的动力性和经济性。

１．２轮式驱动电动车技术现状

１．２．１电动轮汽车国内外发展状况

２００２年８月，国内第一台由４个直流无刷轮毂电机独立驱动的四轮驱动燃料电池微型汽车动力平台“春晖一号”在同济大学试制成功，２００３年研制了样车“春晖二号”。２００４年开发了线控转向四轮驱动的微型概念车“春晖三号”。“春晖”系列电动车均是由轮毅电机直接驱动的四轮驱动燃料电池汽车，可省略传统内燃机汽车必须的机械式操纵换挡装置、离合器、自动变速器、传动轴和机械差速器等，具有高效传动、整车结构简洁、可利用空间大的突出优点，是汽车传动方式的变革。

２００５年，世界己迎来一个汽车新时代——电动轮汽车时代。２００５年５月１１日，三菱公司率先宣布重新评价混合动力汽车和燃料电池汽车，并对下一代汽车的构想进行了说明，接着于５月１８日在日本横滨开幕的“２００５入与汽车技术”的展览会上，推出了属于世界首创的交流电动轮轿车（第二代纯电动轿车）——运动型小马（Ｃｏｌｔ）牌５人座的低中级电动轮轿车。

Ｃｏｌｔ最重要特征就是采用了具有高能量密度，可急速充电，能在车辆使用的各种环境下使用，空车重量只有１．１５吨，装有两台最高转速为１５００转／分，功率为２０千瓦，最大扭矩为６００Ｎｍ的永磁式三相交流同步伺服电动机。Ｃｏｌｔ的驱动电机的电源为锂离子蓄电池组，由２２个锂离子蓄电池模块并联组成。每次充电可行驶１５０公里，最高时速达１５０公里每小时。

图卜１三菱ｃｏｌｔ电动汽车图１－２ｃｏｌｔ电动轮

图Ｉ－３ｃｏｌｔ电动车结构

同年１０月１９日，第３９届东京车展开幕时，三菱汽车公司的展台上多了“菱帅”牌四轮驱动的电动轮轿车。该车的车长为４．４９米，空车重量为１５９０公斤，全车装有４个交流电动轮，每个电动轮的功率为５０千瓦，最大扭矩为５１０牛?米，由电压１４．８伏的锂离子蓄电泡驱动，每次充电的续行里程为２５０公里。该车乘员人数为５人，最高车速为１５０公里每小时。

此外，在此次车展上，还展出了由日本庆应义塾大学牵头开发的爱利卡（Ｅｌｉｉｃａ）牌第二代纯电动轮车。该车长为５．１米，空车重量为２．４吨，装有８个电动轮，每个电动轮的功率为６０千瓦，最大扭矩为１００牛?米，其“世界最高车速挑战车”车款的最高车速为３７０公里每小时，“世界最高加速度挑战车”车款的最高加速度达到０．６８９。爱利卡同样呈现出优异的节能效果，由东京至名古屋的距离约为３００公里，所充电能的费用仅为３００日元，折合人民币计算，相当于每行驶ｉ００公里的费用仅为人民币６．８４７元。

１．２．２电子差速发展现状

１、国际发展状况

电子差速的基础是电子线控转向系统。２０世纪６０年代末，德国Ｋａｓｓｅｌｍａｎｎ等试图将转向盘与转向车轮之间通过导线连接（即电子转向系统）但由于当时电子和控制技术的制约，电子转向系统一直无法在实车上实现。

奔驰公司于１９９０年开始了前轮电子转向系统的深入研发，并将它开发的电予转向系统应用于概念车Ｆ４００Ｃａｒｖｉｎｇ上。世界其它各大汽车厂家、研发机构包括宝马、ＺＦ、ＤＥＬＰＨＩ、ＴＲＷ等以及日本的光洋（ＫＯＹＯ）精工技术研究所、日本国立

速机构的传动效率，提高了工作寿命。．’

５、采用迂回密封方式。防止齿轮润滑油在齿轮高速旋转中泄露到电机箱内和轮毂外壳表面。

６、轮毅外表面设计有散热结构，电机工作产生的热量通过电机箱壳体散发到齿轮油，散热机构把高温润滑油的热量迅速散发到空气，保证电机在最佳工作温度范围内工作，提高电机效率和使用寿命。

７、输出级齿轮固定在轮毂上，减小轮毂电机的空间。减速驱动型电动轮电动机的优点是转速高，有较高的比功率，质量轻，效率高，噪声小，成本低；但因为电动机转速较大，必须用减速器降低转速以获得较大的转矩，因此作为非簧载质量的整个电动轮的质量会比传统的内燃机汽车的车轮重很多。减速器多为行星齿轮减速装置，其结构紧凑，减速比较大；也有采用外啮合圆柱齿轮减速装置，但轴向尺寸过大，径囱质量分布不均，因此较少采用。图２－６，２－７分别为带减速机构电动轮和直接驱动电动轮。．

图２－６带减速机构电动轮

图２—７直接驱动电动轮

２．４轮毂电机驱动系统任务定义１１５】

无论是外转子型电动轮还是内转子型电动轮，在电动汽车中都有应用，随着电动机技术的不断发展，也随着紧凑型减速器的推陈出新，这两种类型的电动轮都具有广阔的发展前景，很难说哪种类型就必将被另外一种类型淘汰。但是，不管采用哪种类型的电动轮，在设计时都应至少满足如下目标：具有较大的启动转矩；具有较宽的调速范围；具有较高的比功率；具有制动再生能量回收功能；在典型的驾驶区间具有较高的效率；具有较好的环境适应性；运行安全可靠；维护保养简单；低噪声低辐射；低成本低价格。

１、较大的启动转矩

电动汽车启动时需要较大的转矩。车载的动力源产生转矩驱动车轮转动，使地面与车轮的接触面上产生一个摩擦力，这个摩擦力正是驱动汽车向前行驶的外力。如果不考虑空气阻力和坡度阻力，那么汽车在刚起步时，所要克服的力只有滚动阻力和加速阻力，如果启动转矩的数值小于滚动阻力的大小，汽车将无法获得加速度，也就无法由静止状态变为行驶状态，如果这个转矩不足够大，那么汽车在启动时所获得的加速度也不会很大，其加速性能会很差，因此通常要求汽车的动力源能够在启动时提供较大的转矩。

２、较宽的调速范围

汽车行驶时所遇到的工况多种多样，其最低稳定行驶车速为３－－６ｋｍ／ｈ，最