電動(dòng)汽車10kw輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車10kw輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)摘要由于國(guó)內(nèi)外對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)越來(lái)越重視，所以電動(dòng)汽車在未來(lái)一定有很大的發(fā)展前景，因此本文在電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)方面展開(kāi)設(shè)計(jì)。本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車行業(yè)進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在很早的時(shí)候國(guó)外在輪轂電機(jī)方面已經(jīng)展開(kāi)了研究。確定了研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容，并設(shè)定了關(guān)鍵的研究問(wèn)題，隨后分析了電動(dòng)輪轂汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，依據(jù)輪轂電機(jī)的原理完成了前后懸架的連接的設(shè)計(jì)，制動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安裝，通過(guò)軟件matlab對(duì)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)建模與分析，從示波器中可以看到一些波形圖，整個(gè)控制上形成一個(gè)閉環(huán)的連接，最后對(duì)輪轂電機(jī)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能、轉(zhuǎn)速、功率、扭矩、加速性能和輪轂電機(jī)軸尺寸方面進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)輪轂電機(jī)軸強(qiáng)度也進(jìn)行了校核。關(guān)鍵詞：輪轂電機(jī)；純電動(dòng)；無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)ABSTRACTAsmoreandmoreattentionispaidtotheelectricvehicleindustryathomeandabroad,theelectricvehiclewillhaveagreatdevelopmentprospectinthefuture.Therefore,thispaperdesignsthehubmotoroftheelectricvehicle.Inthispaper,Then,thestructuralcharacteristicsoftheelectricwheelhubvehiclehavebeenanalyzed.Accordingtotheprincipleofthewheelhubmotor,theconnectiondesignofthefrontandrearsuspension,theinstallationofthebrakesystemandthesteeringsystemhavebeencompleted.Thisdesignmainlyadoptsthedoubleclosed-loopbrushlessThebasicprincipleofDCmotordrive,throughthesoftwareMATLABtosimulatethedesignofthedrivecontrolsystemmodelingandanalysis,fromtheoscilloscopecanseesomewaveforms,thewholecontrolformaclosed-loopconnection,finallythewheelmotorparametersaredesigned,intheelectricvehiclepowerperformance,speed,power,torque,accelerationperformanceandwheelmotorshaftsizeThestrengthoftheshaftofthehubmotorisalsochecked.Itcanbeseenfromthesimulationthattheperformancedesignobjectivesofeachpowerofthehubmotorarebasicallyachieved,whichshowsthatthehubmotordesignedinthisdesignmeetsthedesignrequirementsandcanbeusedasaplatformforsubsequentresearch.Keywords:hubmotor；Electric；brushlessdirectcurrentmotor目錄TOC\o"1-3"\h\u185751緒論 1緒論1.1純電動(dòng)汽車的發(fā)展概況根據(jù)用途類型的不同，電動(dòng)汽車可分為電動(dòng)式轎車、電動(dòng)式卡車和電動(dòng)式公交車三種類型。（1）除了一些還無(wú)法完成的概念車外，純電動(dòng)汽車已經(jīng)進(jìn)行了小批量的生產(chǎn)，并進(jìn)入了汽車的市場(chǎng)。（2）電動(dòng)卡車還是比較少的用于動(dòng)力運(yùn)輸?shù)碾妱?dòng)卡車，而一些大噸位的純電動(dòng)卡車已經(jīng)出現(xiàn)在礦山，建筑工地和一些特殊場(chǎng)所。（3）電動(dòng)公交車目前也不多見(jiàn)。純電動(dòng)公交車已經(jīng)作為公交車使用，在一些城市的公交線路上，以及世博會(huì)，世界運(yùn)動(dòng)會(huì)上都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。電驅(qū)動(dòng)裝置取代內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)離合器將電機(jī)的動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)輪連接或切斷，變速箱提供不同的傳動(dòng)比來(lái)改變速度-功率曲線匹配的需要，變速箱實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)兩輪以不同速度的驅(qū)動(dòng)[1]。目前純電動(dòng)汽車獨(dú)有的是一種以蓄電池為能源的結(jié)構(gòu)。蓄電池可布置在頂部周圍，這兩種結(jié)構(gòu)不僅分離了比較能量和比功率的要求，還可以在汽車下坡或剎車時(shí)利用蓄電池回收能量[3]。1.1.1國(guó)外電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀早在1900年，保時(shí)捷設(shè)計(jì)了世界上第一輛使用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，如圖1.1所示，但由于受到當(dāng)時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展水平的限制，并沒(méi)有能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)化[1]。圖1.1保時(shí)捷電動(dòng)汽車日本對(duì)于輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的研究是比較早的，并且也得到了一定的研究成果，其技術(shù)的發(fā)展水平在世界各國(guó)的研究領(lǐng)域里有一定的主導(dǎo)地位[4]。豐田公司在很早就開(kāi)始研究輪轂電機(jī)四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的相關(guān)內(nèi)容了，其其研究的重點(diǎn)是通過(guò)更改老式動(dòng)力傳動(dòng)汽車的底盤，達(dá)到使其能夠應(yīng)用輪轂電機(jī)的目的。米其林公司也對(duì)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有很高的的關(guān)注度，作為米其林公司對(duì)其未來(lái)車輪行業(yè)的發(fā)展的判斷，米其林公司主動(dòng)研發(fā)了車輪的新型技術(shù)，將電機(jī)集成在驅(qū)動(dòng)輪內(nèi)，從而改善汽車平順和穩(wěn)定性。如圖1.2所示。圖1.2米其林主動(dòng)輪1.1.2國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)針對(duì)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車的研究主要是由高校和一些科研單位進(jìn)行的。哈爾濱工業(yè)大學(xué)是國(guó)內(nèi)最早研究該項(xiàng)目的院校之一。早在1999年聯(lián)合哈爾濱大電機(jī)研究所，開(kāi)發(fā)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)，進(jìn)行整車性能試驗(yàn)[7]。同濟(jì)大學(xué)是從2002年開(kāi)始對(duì)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車項(xiàng)目進(jìn)行研究的，其試驗(yàn)研制的“春暉”系列電動(dòng)試驗(yàn)車，前后輪均配備了自主開(kāi)發(fā)的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊。其性能已經(jīng)達(dá)到了相應(yīng)的水平，并且具備了一定的市場(chǎng)價(jià)值，如圖1.3所示。圖1.3春暉電動(dòng)車新能源汽車的發(fā)展方向很多，但其中有一項(xiàng)氫燃料電池技術(shù)不成熟，價(jià)格昂貴，是20年后的技術(shù)。雖然沒(méi)有公開(kāi)表態(tài)，但據(jù)悉，國(guó)家內(nèi)部決策層已經(jīng)明確表示，中國(guó)不適合發(fā)展氫燃料電池汽車，氫燃料電池汽車僅作為科研跟蹤[1]。1.2輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的研究意義如圖1.4所示相對(duì)于傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：圖1.4輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪對(duì)于整車的結(jié)構(gòu)方面，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車采用動(dòng)力電池與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的能量傳遞，不用考慮發(fā)動(dòng)機(jī)，變速器等傳遞裝置的約束，而且不光簡(jiǎn)化了底盤的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也節(jié)省了車內(nèi)乘客和行李箱的空間[10]，也減輕了車整體的質(zhì)量，使布置變得更加靈活，也提高了舒適性，并降低了車的開(kāi)發(fā)成本，從而縮短了車的開(kāi)發(fā)周期。在汽車智能控制方面，基于線控技術(shù)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)車輪，具有更快的反應(yīng)速度和更高的精準(zhǔn)度，而且各驅(qū)動(dòng)輪獨(dú)立可測(cè)，可控，可以更好地實(shí)現(xiàn)汽車的制動(dòng)，牽引力，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，使整車的行駛穩(wěn)定性得到而提高[11]。在汽車的動(dòng)力性能方面，可以直接將能量傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上，并且具有更高的傳遞效率，使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)便，而且只需要來(lái)確定電池及其他設(shè)備的位置就可以達(dá)到合適的前后軸荷比，提高其四輪性能，增加抓地力，而且相對(duì)于傳統(tǒng)的電動(dòng)車，其制動(dòng)能量的回收率也會(huì)增加，從而提升整車的續(xù)航。1.3研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和解決關(guān)鍵的問(wèn)題1.3.1研究目標(biāo)：研究的主要目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)單輪驅(qū)動(dòng)，通過(guò)單獨(dú)控制各個(gè)輪轂，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車，讓輪轂成為個(gè)體發(fā)動(dòng)機(jī)，為整車提供動(dòng)力。1.3.2研究?jī)?nèi)容：（1）了解國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況：德國(guó)的保時(shí)捷公司在輪轂電機(jī)式電動(dòng)車方面開(kāi)啟了新潮，該車是由54各串聯(lián)的蓄電池作為發(fā)電能源，在60km/h速度的行駛下，最高的行駛時(shí)間可達(dá)3個(gè)小時(shí)，但是當(dāng)時(shí)在電池方面的限制，內(nèi)燃機(jī)汽車在穩(wěn)定和動(dòng)力方面都有很大的優(yōu)勢(shì)，隨后日本對(duì)輪轂電機(jī)電動(dòng)式汽車產(chǎn)生了興趣，以傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)，對(duì)底盤進(jìn)行一系列優(yōu)化，從而使輪轂電機(jī)技術(shù)走向世界[9]。（2）設(shè)計(jì)方案的確定需考慮以下內(nèi)容（1）電機(jī)的選擇是否符合使用條件（2）各部件之間的尺寸是否搭配，磨合（3）整車輪與車身的連接1.3.3擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：完成matlab的仿真1.4本文的主要研究?jī)?nèi)容本輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)技術(shù)要求查閱相關(guān)的資料，運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，根據(jù)模擬電路傳輸?shù)南到y(tǒng)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)、輪轂電機(jī)仿真設(shè)計(jì)。1.5本章小結(jié)本章節(jié)部分主要介紹了該輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)的選題和研究目標(biāo)。并且確定了其設(shè)計(jì)的方向。本文簡(jiǎn)要介紹了輪轂電機(jī)技術(shù)的選題意義及其在國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展情況，使大家對(duì)輪轂電機(jī)技術(shù)的起源，發(fā)展和歷史有一定的了解。2輪轂電機(jī)的原理及設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述輪轂電機(jī)式電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的目的是為了在電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)上，為了提高傳動(dòng)效率，減輕車整體的質(zhì)量，將原本加在車內(nèi)的電機(jī)放置在輪轂內(nèi)，起到電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到汽車向前行駛的目的。2.2輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理輪轂電機(jī)是電動(dòng)汽車?yán)锏囊环N比較特殊的方式，按照其轉(zhuǎn)子的不同，一般可分為高速內(nèi)轉(zhuǎn)子型和低速外轉(zhuǎn)子型，其布置設(shè)計(jì)也有很多不同。如圖2.2所示，高速內(nèi)轉(zhuǎn)子型輪轂電機(jī)其整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由兩部分組成，高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)機(jī)構(gòu)和減速行星齒輪機(jī)構(gòu)。有更高的功率比、效率，又因?yàn)殡姍C(jī)本身的體積和重量可以再低速行駛時(shí)輸出平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn)，但是還要布置減速機(jī)構(gòu)，從而大大增加動(dòng)力輸出系統(tǒng)的質(zhì)量，提高了布置的難度。圖2.2高速內(nèi)轉(zhuǎn)子型輪轂電機(jī)微型電動(dòng)車如圖2.3所示，低速外轉(zhuǎn)子型輪轂電機(jī)也叫直接驅(qū)動(dòng)型輪轂電機(jī)，在老式傳統(tǒng)的汽車上減去了減速機(jī)構(gòu)并簡(jiǎn)化了整個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)和懸架系統(tǒng)，傳導(dǎo)其行駛速度和傳動(dòng)效率也得到了提升，但缺點(diǎn)是只靠電機(jī)本身來(lái)傳遞能量，來(lái)滿足各種動(dòng)力需求，所以對(duì)電機(jī)的要求比較高，從而研發(fā)成本也增加。圖2.3外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)2.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安裝設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸，方向盤，轉(zhuǎn)向器搖臂等機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在車上的安裝包括三個(gè)部分轉(zhuǎn)向器的中間部分要通過(guò)配套的固定件與車架的底盤相連接在一起。轉(zhuǎn)向軸總成部分同樣要通過(guò)配套的固定件與車架的懸掛想安裝在一起。轉(zhuǎn)向拉桿分別安裝在配套的轉(zhuǎn)向節(jié)相對(duì)應(yīng)的位置上。圖2.4轉(zhuǎn)向節(jié)圖2.5軸套2.4輪轂電機(jī)的連接設(shè)計(jì)本文采用的是外轉(zhuǎn)子型輪轂電機(jī)式直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，所以轉(zhuǎn)子外殼上的固定螺栓與輪胎輪轂直接相連。2.4.1前懸架連接設(shè)計(jì)前懸架的連接件采用的是三段式空心軸，兩側(cè)的部分半徑比較小，并且分別用于與前懸架轉(zhuǎn)向節(jié)和電機(jī)的定子軸連接固定，用于制動(dòng)卡鉗的安裝。如圖2.6所示，前懸架轉(zhuǎn)向節(jié)的中間部分的軸承座為一個(gè)直徑為66.6mm的孔，因此將前連接件的一端設(shè)計(jì)成了外部直徑為77mm的軸承座。同時(shí)在轉(zhuǎn)向節(jié)中孔內(nèi)部和連接件上還需要銑出一個(gè)鍵槽，采用的是平鍵連接方式，以防止行駛時(shí)連接件與轉(zhuǎn)向節(jié)之間的會(huì)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2.6軸承座2.4.2后懸架連接設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的后懸架為本設(shè)計(jì)采用的后懸架為拖拽臂式非獨(dú)立懸架，后懸架的連接件同樣采用三段式空心軸的設(shè)計(jì)，兩側(cè)的部分連接固定的分別是輪轂電機(jī)定子軸與懸架后軸，中間部分向以往一樣用于安裝制動(dòng)卡鉗。2.5制動(dòng)系統(tǒng)的安裝設(shè)計(jì)本車將采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的制動(dòng)方式，其中的機(jī)械制動(dòng)部分主要是由在輪轂電機(jī)上的制動(dòng)盤以及制動(dòng)卡鉗和制動(dòng)主缸組成的，制動(dòng)卡鉗分別安裝在上文所涉及的前后懸架的連接器上面。制動(dòng)盤如圖2.7。圖2.7制動(dòng)盤2.6驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特性驅(qū)動(dòng)電機(jī)在滿足在行駛時(shí)能提供動(dòng)力外，還要考慮行駛的平穩(wěn)性、舒適性以及安全性。因此要具備以下幾種特性：考慮到電動(dòng)汽車行駛的復(fù)雜性，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)該有寬廣的恒功率區(qū)間。經(jīng)過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)輸出的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速一定要滿足最高車速的設(shè)計(jì)目標(biāo)。考慮到整車的質(zhì)量問(wèn)題，減輕車重，增加電機(jī)的續(xù)航能力，提升汽車行駛里程，驅(qū)動(dòng)電機(jī)要有較高的功率密度、轉(zhuǎn)矩密度和效率，同時(shí)還要具備能量回收能力。為了保證在雨雪、高溫天氣下可以正常工作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有良好的封閉性和較高的可靠性。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)使用了永磁體勵(lì)磁來(lái)提高效率，獲得更高的轉(zhuǎn)矩，并且質(zhì)量很輕。由于沒(méi)有傳統(tǒng)的換向器和電刷，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的維護(hù)變得非常簡(jiǎn)單，并且噪音很小，滿足電動(dòng)汽車在各種行駛工況下的動(dòng)力需要。2.7動(dòng)力電池的選擇目前電動(dòng)汽車普遍應(yīng)用的動(dòng)力電池一般都是鉛酸蓄電池、鎳基蓄電池和鋰基蓄電池。鉛酸蓄電池的使用是非常普遍的，并且有很久遠(yuǎn)的歷史。因?yàn)槠涑杀镜停夹g(shù)成熟，相對(duì)功率也非常的高。但是存在的缺點(diǎn)是低溫下功率就降低?，F(xiàn)代人們對(duì)鉛酸蓄電池在材料和結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了改善，是=使其使用壽命大大增加，在充電和維護(hù)方面也進(jìn)行了提升，但是成本也相對(duì)增加。鎳基蓄電池一般有很好的電化學(xué)性能，鎳鐵蓄電池有比鉛酸蓄電池密度更高的特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要在放電的過(guò)程中釋放氫和氧進(jìn)行處理。其缺點(diǎn)是在低溫下性能有很大的局限性，而且成本比較高，但依舊被認(rèn)為是電動(dòng)汽車電機(jī)方面很重要的選材之一。2.8本章小結(jié)本章對(duì)簡(jiǎn)單概括了輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理，并且對(duì)輪轂電機(jī)在整車的前懸架、后懸架的連接方面，以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)也進(jìn)行了說(shuō)明，也對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特性進(jìn)行說(shuō)明，在電機(jī)的電池選材方面也進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，對(duì)電機(jī)整體的要求也進(jìn)行了表述。3仿真驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)建模與分析3.1控制系統(tǒng)建模無(wú)刷直流電機(jī)的雙閉環(huán)仿真，結(jié)構(gòu)分為兩部分，500v直流電源，直流電源經(jīng)過(guò)逆變電路，變?yōu)閍bc三項(xiàng)，并且給無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行供電，整個(gè)仿真在控制上分為兩個(gè)環(huán)，轉(zhuǎn)速外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)的參考值設(shè)定為3000，希望轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000r/s，整個(gè)仿真的控制框架如下。圖3.1matlab仿真控制模擬圖簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，希望整個(gè)控制上形成一個(gè)閉環(huán)的連接，希望參考值與比定值進(jìn)行比較，通過(guò)控制使參考值與實(shí)際值達(dá)到一個(gè)相對(duì)一致的情況，形成區(qū)域穩(wěn)定，就說(shuō)明控制比較良好了，首先是轉(zhuǎn)速環(huán)，經(jīng)過(guò)了一個(gè)電流環(huán)，然后經(jīng)過(guò)一個(gè)PWM控制，PWM控制也就是外觀調(diào)制技術(shù)，PWM主要是來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷。PWM技術(shù)一般是載波和調(diào)制波進(jìn)行比較，載波一般會(huì)采用三角波，矩形波，調(diào)制波一般采用參考量?jī)蓚€(gè)進(jìn)行比較，得到一個(gè)脈沖，來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的間斷。首先是轉(zhuǎn)速波形，如圖3.2所示，最后穩(wěn)定區(qū)域在3000，因?yàn)樵O(shè)定的參考值就是3000。圖3.2轉(zhuǎn)速波形隨后是電流波形，如圖3.3所示，是abc三項(xiàng)的電流波形圖。圖3.3電流波形圖3.4轉(zhuǎn)矩波形圖圖3.5反電動(dòng)勢(shì)波形圖3.2擴(kuò)展速度技術(shù)雙閉環(huán)無(wú)刷直流電機(jī)由于弱磁能力有限，固有恒功率范圍較小。這是由于雙閉環(huán)體磁場(chǎng)的存在，只有與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相反的定子磁場(chǎng)分量才能削弱雙閉環(huán)體磁場(chǎng)。其速比通常小于2。最近又開(kāi)發(fā)了附加勵(lì)磁繞組來(lái)擴(kuò)大雙閉環(huán)無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍。該技術(shù)的關(guān)鍵是控制勵(lì)磁電流，使雙閉環(huán)體提供的氣隙磁場(chǎng)在高速恒功率運(yùn)行時(shí)得以減弱。由于雙閉環(huán)體和勵(lì)磁繞組的存在，這種電機(jī)被稱為雙閉環(huán)混合電機(jī)。雙閉環(huán)混合電機(jī)的速比約為4。雙閉環(huán)混合電機(jī)驅(qū)動(dòng)的最佳效率圖如圖所示。但雙閉環(huán)混合動(dòng)力電機(jī)存在結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的缺點(diǎn)，其速比仍不足以滿足車輛的性能要求，尤其是在越野車中，因此需要采用多擋位傳動(dòng)裝置。3.3本章小結(jié)本章主要通過(guò)對(duì)電機(jī)部分的幾種性能比較的分析，得出雙閉環(huán)無(wú)刷直流電機(jī)的性能參數(shù)更符合本文輪轂電機(jī)技術(shù)對(duì)電機(jī)部分的要求以及在制動(dòng)器的選擇上的要求。通過(guò)雙閉環(huán)無(wú)刷直流電機(jī)與浮鉗制動(dòng)器的配合，可以對(duì)整車的制動(dòng)性能達(dá)到更好的制動(dòng)效果，使整車的安全性，可靠性和耐久性比其他方案更適合。4輪轂電機(jī)相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)4.1電動(dòng)汽車動(dòng)力性能計(jì)算電動(dòng)汽車在斜坡道路上加速時(shí)，受到的阻力包括滾動(dòng)阻力，空氣阻力，斜坡阻力和加速阻力。電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)力等于阻力之和。電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)方程為:（式4.1）式中:M為轎廂總質(zhì)量；F為滾動(dòng)阻力系數(shù)；是一個(gè)斜坡；是空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)區(qū)；對(duì)于行駛速度；車輛轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量換算系數(shù)。其中它是電機(jī)的總輸出功率。電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能評(píng)價(jià)指標(biāo)與傳統(tǒng)燃油汽車相同，主要有三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo):最大速度，加速時(shí)間和最大爬坡角。電動(dòng)車的最高車速是指在無(wú)風(fēng)條件下，車輛滿載在良好的水平路面上所能達(dá)到的最高車速。加速時(shí)間是指電動(dòng)車在無(wú)風(fēng)條件下，以最強(qiáng)動(dòng)力起步后，加速到一定速度所需的時(shí)間。最大爬坡角是指在路面平整度較好，滿載情況下，電動(dòng)車以最低速度上坡行駛的最大坡度。電動(dòng)汽車的最大速度可以由電機(jī)的最大速度和輪胎的外徑來(lái)確定，即。（式4.2）式中:D為輪胎外徑；是馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速。電動(dòng)車從一個(gè)速度加速到另一個(gè)速度所需的時(shí)間是:（式4.3）電動(dòng)車最大爬坡角為:（式4.4）4.2輪轂電機(jī)參數(shù)選擇輪轂電機(jī)參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)電動(dòng)汽車的基本參數(shù)，包括迎風(fēng)面積A，車輛總質(zhì)量M，最高速度，加速度和爬坡能力，輪轂和輪胎相關(guān)參數(shù)等，為了滿足實(shí)際需要，選擇電動(dòng)汽車的相關(guān)參數(shù)如表4.1所示。車輛主要參數(shù)要求單位數(shù)值迎風(fēng)面積2.38汽車總質(zhì)量1500最高時(shí)速110最大爬坡角度18爬最大坡度時(shí)速200~60km/h加速時(shí)間20輪轂外徑381輪胎外徑500滾動(dòng)阻力系數(shù)0.016空氣阻力系數(shù)0.4旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)1.03表4.1某德系汽車相關(guān)參考參數(shù)4.3輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速的確定不僅與電動(dòng)車的行駛速度有關(guān)，還與輪胎的外徑有關(guān)。城市平整道路的平均車速為40～60km/h，電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)選擇在額定轉(zhuǎn)速附近。本文根據(jù)上一節(jié)公式可以得到電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。4.4輪轂電機(jī)功率的計(jì)算如果電機(jī)的額定值過(guò)小，在運(yùn)行過(guò)程中往往會(huì)處于過(guò)載狀態(tài)，從而降低其使用壽命。電動(dòng)汽車在水平道路上以最高速度行駛所消耗的功率為:（式4.5）電動(dòng)車以一定速度爬坡所消耗的功率為:（式4.6）電動(dòng)汽車在水平道路上加速所消耗的動(dòng)力為:（式4.7）電動(dòng)車的最大功率應(yīng)滿足車輛對(duì)最大速度，加速度和爬坡程度的要求，因此電動(dòng)車電機(jī)的最大功率為:當(dāng)電動(dòng)車以最高速度行駛在水平道路上時(shí)，通過(guò)公式得到了耗電量。由于電動(dòng)車在以一定速度爬坡時(shí)，耗電量是通過(guò)公式得出的。由于電動(dòng)車的加速并不均勻，公式也不是恒定的，所以不能簡(jiǎn)單地用公式計(jì)算出加速時(shí)各時(shí)刻的耗電量。車輛的常規(guī)正式車速低于最高車速，不會(huì)經(jīng)常以該車速爬升最大坡角。因此電動(dòng)車的額定功率為20kW，每個(gè)輪轂電機(jī)的額定功率為5kW。由于雙閉環(huán)同步電機(jī)過(guò)載能力強(qiáng)，電動(dòng)汽車最大功率為30kW，每臺(tái)輪轂電機(jī)最大功率為7.5kW，這也為加速和爬坡留下了足夠的后備動(dòng)力。4.5輪轂電機(jī)扭矩的計(jì)算任何時(shí)刻扭矩，功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為:電動(dòng)車在水平路面上以最大速度行駛的最大扭矩為:（式4.8）電動(dòng)車在爬坡工況下的最大扭矩表達(dá)式如下:（式4.9）4.6加速性能計(jì)算加速時(shí)間是加速性能最重要的指標(biāo)。從0加速到0所需的時(shí)間為:（式4.10）式中:車輪扭矩；就是輸出功率。根據(jù)公式可進(jìn)一步計(jì)算出車速?gòu)?～60km/h的加速時(shí)間t為20s，從而滿足加速要求。4.7輪轂電機(jī)軸頸尺寸計(jì)算根據(jù)電機(jī)的峰值功率=7.5kW,和電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)速，可求出電機(jī)受力部分的最小軸頸：（式4.11）考慮電機(jī)軸采用40Cr，通過(guò)查表可知，A=103，故4.8輪轂電機(jī)電機(jī)軸強(qiáng)度校核1）根據(jù)初選軸頸進(jìn)行強(qiáng)度校核根據(jù)前述的設(shè)計(jì)要求，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速；電機(jī)的額定功率，車輛在正常行駛過(guò)程中，假定電機(jī)輸出的為額定轉(zhuǎn)矩，由于車輪型號(hào)的限制，電機(jī)殼體的直徑D=300mm。圖4.2電機(jī)軸彎矩圖通過(guò)查表，可知40Cr調(diào)質(zhì)，抗拉強(qiáng)度極限=750MPa，屈服強(qiáng)度極限=550MPa，彎曲疲勞極限=355MPa，剪切疲勞極限=200MPa，許用彎曲應(yīng)力=70MPa。2）確定支反力水平面內(nèi)的支反力3）垂直面內(nèi)支反力4）計(jì)算軸的彎矩，并畫彎矩圖水平面彎矩垂直面彎矩合成彎矩畫彎矩圖，如上圖4.2所示進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩及轉(zhuǎn)矩的截面的強(qiáng)度。所以軸的強(qiáng)度合格。圖4.3輪轂電機(jī)cad設(shè)計(jì)圖4.9本章小結(jié)本章對(duì)輪轂電機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和設(shè)計(jì)，并對(duì)電機(jī)內(nèi)部的關(guān)鍵零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，確保電機(jī)能夠滿足性能要求，不會(huì)因設(shè)計(jì)缺陷而引發(fā)安全事故。5結(jié)論隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)車的要求越來(lái)越高，從開(kāi)始的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)到如今持續(xù)發(fā)展的電動(dòng)機(jī)，人們無(wú)時(shí)無(wú)刻在電動(dòng)技術(shù)方面進(jìn)行突破。本文的設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)階段輪轂電機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，對(duì)輪轂電機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)的分析論證，并針對(duì)實(shí)際應(yīng)用方向細(xì)化了相應(yīng)零部件的選擇和設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)階段主要分為明確方向，了解國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車現(xiàn)狀，仿真驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)分析，輪轂電機(jī)相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的主要工作：通過(guò)百度文庫(kù)及館內(nèi)相關(guān)場(chǎng)所借閱傳統(tǒng)汽車，電動(dòng)汽車方面的書籍和；論文。通過(guò)資料中相應(yīng)的公式和方案來(lái)整理和確定零件的尺寸，本文的設(shè)計(jì)是合理的。采用matlab軟件對(duì)輪轂電機(jī)仿真驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。利用cad繪制了一些關(guān)鍵零件的二維圖，在此過(guò)程中，對(duì)零件使用的尺寸，進(jìn)行了校核。對(duì)輪轂電機(jī)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用了相關(guān)的計(jì)算公式，對(duì)輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率、扭矩、性能和電機(jī)軸尺寸進(jìn)行計(jì)算。致謝在本次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先我要感謝宋長(zhǎng)森老師和苑士華老師對(duì)本論文從選題，大綱，立意，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了指導(dǎo)和教學(xué)，一遍遍地指出每一篇稿件和繪圖中存在的問(wèn)題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，使我最終能夠順利完成畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)，其次，感謝工業(yè)自動(dòng)化學(xué)院的全體領(lǐng)導(dǎo)和老師，由于他們的悉心教導(dǎo)，我學(xué)到了很多相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，掌控的扎實(shí)的專業(yè)技能。時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼間四年緊張又充實(shí)的大學(xué)生活就要結(jié)束了，在數(shù)控學(xué)習(xí)方面，作為車輛工程專業(yè)的學(xué)生，通過(guò)實(shí)訓(xùn)中心老師的授課解惑，我由衷地感到自己學(xué)到了太多原來(lái)專業(yè)沒(méi)有學(xué)到的知識(shí)和專業(yè)技能。在學(xué)習(xí)生活中，老師們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臑槲覀冎v解各種機(jī)械的用法，治學(xué)態(tài)度，豐富淵博的學(xué)識(shí)，精益求精的工作態(tài)度，耐心地為我們解疑答惑，我歷歷在目地記得他們，老師們的這些精神將在我們今后的工作中起到非常重要的示范作用，讓我們進(jìn)入社會(huì)后知道如何做好自己，端正自己的位置，為國(guó)家貢獻(xiàn)自己的力量。最后，感謝我的家人再次給予我包容、關(guān)愛(ài)和鼓勵(lì)，以及所有陪我一路走來(lái)的朋友跟同學(xué)們，正時(shí)他們的照顧與支持，我才能安心學(xué)習(xí)，并順利完成我四年的學(xué)業(yè)。畢業(yè)在即，在今后的工作和生活中，我會(huì)銘記老師們的教誨，繼續(xù)不懈努力地去追求，來(lái)報(bào)答曾經(jīng)支持和幫助過(guò)我的人，在此，我衷心感謝宋老師對(duì)我無(wú)微不至的關(guān)懷和教導(dǎo)，對(duì)在百忙之中對(duì)本課題進(jìn)行審閱和點(diǎn)評(píng)，并給出寶貴意見(jiàn)和建議的各位老師表示衷心的感謝！參考文獻(xiàn)[1]曹秉剛電動(dòng)汽車技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，38（1）:1-5.[2]CHANCC.Thepast,presentandfutureofelectricvehicledevelopment[C].IEEE1999IntemationalConferenceonElectronicsandDriveSystemsHongKong:IEEEPress,1999:11-13.[3]胡驊，宋慧.電動(dòng)汽車[M].北京:人民交通出版社，2002.[4]湯雙清，廖道訓(xùn)，吳正佳，電動(dòng)汽車的核心技術(shù)及發(fā)展展望[J].機(jī)械科學(xué)技術(shù)，2003，22（2）:189-192.[5]WUHongxing,CHENGShukang,CUIShumeiCommunicationofvehiclemanagementunitintheelectricvehicle[C].IEEETransactionsonMagnetics,IEEEPress,2005,41(1):514-517.[6]DIEMW.Thehands-offapproach[J].AutomotiveEngineer,2000,25(10):38-29.[7]葛英輝，李春生，倪光正.DSP2407在電動(dòng)車電子差速控制中的應(yīng)用[J]，電力電子技術(shù)，2003，37（5）:1-4.[8]顧云青，張立軍.電動(dòng)汽車電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].汽車研究與開(kāi)發(fā)，2004，12（1）:27-30.[9]楊邦鼎，楊雷.減速驅(qū)動(dòng)方式在電動(dòng)車中的應(yīng)用[J].電器工業(yè)，2002，6（1）:7-8.[10]張東，江建中，施進(jìn)浩.車用輪轂式雙閉環(huán)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)[J].維特電機(jī)，2005，33（6）:5-8.[11]KazimCakir.In-WheelMotorDesignForElectricVehicles[D].SabanciUniversity,2004[12]楊祖元，秦大同.電動(dòng)汽車動(dòng)力性參數(shù)設(shè)計(jì)及動(dòng)力性仿真[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，29（6）:19-22.[13]陳清泉，孫逢春，祝嘉光.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2002:1-267.[14]李國(guó)良，初亮.采用交流感應(yīng)電機(jī)的電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的合理匹配[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，31（4）:6-11附錄Theautomobilehasdevelopedfromtheoriginalstep-by-steptooltoaculturalproductrepresentingtheinnovationtechnologyofthetimes.Especiallyintoday'seraofprominenttrafficsafetyproblems,globalenergyscarcityandglobalexpansionofpollutionproblems.Inthebackground.Inordertomeetthesocialresponsibilityofenergyconservationandenvironmentalprotection,everycountryiscommittedtothedevelopmentofkeytechnologiesofelectricvehicles.Thewheelmotorcontroltechnologywithfour-wheelindependentdriveisoneofthemostpotentialtechnologiesinelectricvehicles.Thefour-wheelindependentdriveelectricvehiclecancontrolthesteering,brakinganddrivingofthevehicleinonestationthroughthewirecontroltechnology,whichlightensthecontrolpressureandhashighexecutionprecisionandfastreal-timeresponse.Itisthebestshortcuttodeveloptheintelligentcontroltechnologyofthevehicleandrealizethedynamiccontrolofthevehicle.Inthispaper,thefour-wheelindependentdrivehubmotordrivenelectricvehicleistakenastheresearchobject,andasimulationplatformisbuilt.Onthisbasis,thedrivinganti-skidcontrolandelectronicdifferentialcontrolstrategiesarestudied,andthewholevehiclecontrolsystemschemeisdesignedforrealvehicleverification.Firstofall,accordingtothemodelingrequirementsofthefour-wheelindependenthubmotordrivenelectricvehicle,thispaperusesthemodularmodelingideatomakemodelassumptions,andconstructsa15degreeoffreedomsimulationmodelofthefour-wheelindependentdriveelectricvehicle,whichincludesfour-wheelindependentfoursteeringdegreesoffreedom,wheel4verticalfreedom,body6Thedynamicmodelofdegreeoffreedomandonedegreeoffreedomoffrontwheelsteeringanglearegiven,andthedetaileddynamicequationsofthewholevehicleandeachsubsystemmodulearegivenindetail.Secondly,intermsofcontrolstrategy,theelectricalparametersofBLDCMaredeterminedaccordingtothedynamicperformancerequirementsofthewholevehicle,andthetorqueanalysisiscarriedout,thedoubleloopPIDspeedregulationprincipleisgiven,andtheelectronicdifferentialcontrolstrategyisproposed;becausetheelectronicdifferentialcontrolstrategydoesnotconsidertheinfluenceofwheelslipfactors,thefuzzyPIDbasedonslipratecontrolisdesignedonthisbasisThecontrollermakestheactualslipratestableontheoptimalsliprate,soastorealizetheeffectivedrivingantiskid.Inthispaper,accordingtothetechnicaladvantagesofthefour-wheelindependentdrivehubmotorelectricvehicle,thelongitudinalmotiondrivecontrolisstudied.Themaincontentsareasfollows:Throughtheanalysisofthecontrolprincipleoflongitudinalmotionandmotordrive,thesimulationmodelsofvehiclemodel,dynamicmodel,controlmodelandmotormodelarebuilt.Asimpledrivermodelbasedonvehiclespeedfeedbackisestablishedandverifiedbysimulation.Theexperimentalresultsshowthatthemodelcantransformtheexpectedvehiclespeedinputbythedriverintothefinaloutputtorque,andensurethatthevehiclecanmoveneartheexpectedvehiclespeed.Theadvantagesanddisadvantagesofeachwheelmotordrivecontrolstrategyarecompared,andtheadvantagesofvoltagecontrolandspeedclosed-loopcontrolareintegrated.Adoubleloopcontrolsystemisdesigned,anditsfeasibilityandeffectivenessareverifiedbySimulinksimulationexperiment.Inordertosolvetheproblemofvehicleinstabilitycausedbythechangeoffrontandrearaxleloadintheprocessofvehiclelongitudinaldriving,thispaperdesignsacontrolalgorithmtodynamicallyadjustthefrontandrearaxledistributiontorque.Thevehiclelongitudinaldrivingisdividedintostartingcondition,middleandlowspeedacceleratingconditionandhighspeedacceleratingcondition.Differenttorquedynamicadjustmentratioissetfordifferentconditions.Inordertoreducethecalculationburdenofthecontrolsystem,thetorquedynamicadjustmentratioissetasafixedvalue.Inthehigh-speedaccelerationcondition,duetotheincreaseofairresistance,theaxleloadwilltransfertotherearaxle.Itisnecessarytodynamicallyadjustthedrivingtorqueaccordingtotheaxleloadtransfer,andadjusttheoutputtorqueaccordingtothereal-timefrontandrearaxleloaddistribution.Thesimulationresultsshowthatthedesigneddistributionalgorithmcompletesthedistributioncontroloftheoutputtorqueinthefrontandrearaxlewell,andensuresthatthedynamicadjustmentratioofthetorqueisfixedunderthestartingandmiddleandlowspeedaccelerationconditions,andtheoutputtorqueisdistributedunderthehighspeedaccelerationconditionsaccordingtothereal-timeloadchanges.Afuzzycontrolstrategybasedonthestateparametersofmotorandwheelisproposedtodealwiththewheelslipandidlingundertheconditionofstraightstartingandacceleration.Basedontheinformationofwheelangularacceleration,theprincipleofjudgingvehicleslipstateisanalyzed,andthealgorithmofjudgingvehicleslipstateisdesigned.Itisfoundthatthederivativeratiobetweenthedrivingforceofthewheelandthedrivingtorqueofthedrivingmotorcanhelpustojudgethevehicleslipstate.Throughthefuzzycontroltheory,underthejointactionoftheparametersandthewheelangularacceleration,theadjustmentcontroloftheresearchtorqueofthefour-wheelindependentdrivewheelmotorelectricvehiclelongitudinaldrivecontrolisrealized.Comparingthefuzzycontrolalgorithmdesignedinthispaperwiththeclassicalmodeltrackingcontrolalgorithm,itisfoundthatthefuzzycontrolalgorithmdesignedinthispapernotonlyhasthesameanti-skidcontroleffectwiththemodeltrackingcontrol,butalsohasagoodconsiderationofthedynamicperformanceofthevehiclewhendriving.Comparedwiththetraditionalelectricvehicle,thefour-wheelindependentdrivehubmotorelectricvehiclehasauniquestructuraladvantage,whichisacharacteristicdevelopmentdirectionoftheelectricvehicle.Comparedwithtwowheeldrivevehicles,four-wheeldrivevehiclescanattachtothegroundbetter.Throughthereasonableadjustmentofthedrivingforceofeachtire,energyconsumptioncanbereduced,andithasmoreadvantagesinpreventingvehicleskidding.Therefore,howtocontroltheoutputdrivingforceofeachwheelisakeytechnologyintheresearchoffour-wheelindependentdrivehubmotorelectricvehicle.Inaddition,inthecontrollerdevelopment,accordingtotheoverallschemeofthefour-wheelindependentdrivevehiclecontrolsystemdesigned,Theselectionandfunctionofeachpartofthecontrolsystemareanalyzedindetail.Thevehiclecontrollerandthebottommotordrivecontrolleraredesigned.Theprinciple,functionandrealizationprocessofthehardwareandsoftwaredesignofthecontrollerareintroducedindetail.Then,thesimulationanalysisofthecontrolsystemiscarriedout.ThroughthesimulationcomparisonbetweentheCarSimsoftwareandthemodel,itisdeterminedthatthemodelcanaccuratelydescribethedynamicperformanceofthevehicleandverifytheaccuracyofthefour-wheelindependentdrivehubmotorelectricvehiclemodel.Onthissimulationplatform,thefuzzyPIDisappliedTherationalityofthecontrolstrategyandthedifferentialcontrolstrategyissimulated.ThesimulationresultsverifytheeffectivenessofthefuzzyPIDcontrolstrategyandtheelectronicdifferentialcontrolstrategy.Finally,thetestvehicledesignedbytheprojectteamisusedtocarryoutthetestunderstraightdrivingandturningconditions.Itisverifiedthatthesystemcanrespondtosteeringanddrivinginstructionswell,andthefeasibilityofelectronicdifferentialcontrolstrategyisverified.ModelingrequirementsofelectricvehicledrivenbyhubmotorAsanimportantinnovationtechnologyinthedevelopmentofelectricvehicles,wheelmotordrivesystemhasdevelopedrapidlywithitsuniqueadvantages.Thewheelmotordrivecompletelycancelsthemechanicalcouplingmodessuchasclutch,transmissionshaftanddifferential,whichgreatlyimprovesthepowerandflexibilityofthewholevehicleandsimplifiesthemodeloftheelectricvehicle.Becausethehubmotordrivesystemissensitivetothesignalresponse,butalsoneedstheaccuratestructureofmodeloutput,andtheelectricvehiclecontainsavarietyofcomplexnonlinearsystems,whichhavemutualdisturbance,sotheestablishedmodelcanfullysimulateallthemotionrelationsandworkingconditionsoftheelectricvehicle,sothecurrentresearchlevelcannotbeachieved.Therefore,weneedtosimplifyandmergethemodelproperlyaccordingtothemainparametersoftheresearchproblem,andestablishanappropriatemodelthatcanaccuratelydescribetheperformanceofthevehicleunderstudy.Inordertomakethefour-wheelindependentwheelhubmotordrivemodelaccuratelyrespondtothelongitudinal,transverseandyawmotionsofthevehicletocorrectlyreflecttheride,handlingstabilityanddynamicperformanceofthevehicle.BasedonMATLAB/Simulinksimulationsoftware,thispaperestablishesafour-wheelindependentdrivewheelmotordrivemodel.Themodelfocusesonthedescriptionofthewholevehicledynamicscharacteristics,four-wheelsteeringcharacteristics,wheelmotordrivingandbrakingcharacteristics,andachievesthefollowingrequirements:underspecificinputconditions,thesub-systemmodulesofeachdivisioncanaccuratelyrespondtotheinput,andmakefeedback,toachievethefunctionalgoalofmoduleestablishment.Thewholevehiclemodulecanmonitorthestatevariablesofthevehicleintherunningprocessandsimulatethedynamicperformanceofthevehicle.ModuledivisionofelectricvehicledrivenbyhubmotorThefour-wheelindependentdriveelectricvehicleusesbustechnologytoconnectthevehiclecontrollerandeachsubsystemcontroller,soastodeterminethepriorityandindependenceofthecontrolsignal,whichismoreconducivetotherealizationofdifferentcontrolmodulealgorithms.Thebiggestinnovationtechnologyofthehubmotordrivenelectricvehicleistogetridofthemechanicaltransmissionrelationship,sothatthecontrolofthedrivingwheelismoreflexible.Thefourdrivingwheelscanbecontrolledindependentlyaccordingtotheroadconditionsanddrivingmode,andthetorquecanbeoptimizedanddistributedreasonably.WanfangDatamaster'sthesisofHangzhouUniversityofElectronicScienceandtechnologyInthispaper,themodulemodelingmethodofoveralldifferentiationisusedtodividethevehicleasawholebasedonthestudyoftheforcetransmissiondirectionoftheparameterobject,andtheinputandoutputportsofparametertransmissionareestablishedbetweeneachsubsystem.TheseI/Oportsconnectdifferentsystemmodulestoformtheoverallframework.Thismethodiseasytorealizetheoperationofdifferentalgorithmsamongdifferentsystems,simplifiesthemodelingprocess,andgreatlyenhancesthematchingandextensionofmodeling.Thefour-wheelindependenthubmotordrivenelectricvehicleframeiscomposedofthewholevehicledynamicsmodule,thefour-wheelindependentsteeringmoduleandthehubmotordrivenbrakingsystemmodule,andtheconnectionrelationshipbetweeneachmoduleisestablished.Amongthem,thewholevehicledynamicsmoduleiscomposedoftiredynamicsmodel,tiremodel,roadidentificationsystemmodelandvehicledynamicsmodel;thefour-wheelindependentsteeringmoduleiscomposedofdrivingswitchingmodeandfour-wheelindependentsteeringmodel;thewheelhubmotordrivebrakingsystemmoduleiscomposedofdrivingswitchingmode,wheelhubmotormodecontrolmodelandfour-wheelindependentdrivemodel.Thefour-wheelindependentelectricvehicledrivenbyhubmotormakesuseoftheintegratedapplicationtechnologyofhubmotor,sothatthevehiclesystemcontrolmodeistransformedfromthepastpuremechanicalcontroltotheintelligentelectromechanicalintegratedcontrol.Thiscontrolmodegreatlysimplifiesthemechanicalstructureofthetraditionalautomobile,savesthetraditionalmechanicaltransmissionfrombindingtheautomobilechassis,andliberatesthespace.Thefour-wheelindependentdriveelectricvehiclehasdifferentdrivingswitchingmodes.Thedrivercanchangethedrivingswitchingmodeaccordingtodifferentroadconditionstocontrolthedriving,steeringandbrakingoftheelectricvehicleasawhole.Theoff-linesimulationandoverallcontrolofthewholevehicledynamicssystemandthefour-wheelindependentdrivecontrolsystemforthefour-wheelindependenthubmotordriveelectricvehicleisnotonlyconducivetotherealizationofavarietyofdrivingswitchingmodealgorithms,butalsoconvenientforthedevelopmentofthevehiclecontrolalgorithmofthevehiclesystem.StructureanalysisofelectricvehicledrivenbywheelmotorComparedwiththetraditionalinternalcombustionenginevehicle,thestructureofthefour-wheeldrivehubmotorelectricvehiclestudiedinthispapermainlyincludes.Thefollowingdifferences:firstly,thepowertransmissionmechanicalpartssuchasclutch,transmission,transmissionshaftanddifferentialareremoved,whichmakestheinternalspaceofthevehicleincrease,andismoreconducivetothesizedesignandlayoutofotherpartsinthevehicle;secondly,becauseitintegratesthemotorintotherimofthevehicle,thewholepowertransmissionsystemisremovedfromtheoverallstructurelayoutofthevehicle,whichmakestheoverallstructureofthevehicleSimpler;finally,theoriginalfueltankandfuelsupplysystemarereplacedbybatteriesandrelatedbatterymanagementsystem.汽車已經(jīng)從最初的代步工具發(fā)展到成為代表時(shí)代革新技術(shù)的一種文化產(chǎn)物。尤其是在現(xiàn)下，交通安全問(wèn)題突出、全球能源稀缺，污染問(wèn)題全球性擴(kuò)張的時(shí)代背景下。為迎合節(jié)能環(huán)保的社會(huì)責(zé)任，各個(gè)國(guó)家都在致力于電動(dòng)汽車關(guān)鍵性技術(shù)的開(kāi)發(fā)。四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的輪轂電機(jī)控制技術(shù)是目前電動(dòng)汽車中最具潛力的一種科技手段。四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車通過(guò)線控技術(shù)可以一站式的控制汽車的轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)，輕化了操縱壓力的同時(shí)且執(zhí)行精度高、實(shí)時(shí)響應(yīng)快，是開(kāi)發(fā)車輛智能型化操縱技術(shù)、實(shí)現(xiàn)車輛各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)控制的最優(yōu)捷徑。本文以四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，構(gòu)建了仿真平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上對(duì)驅(qū)動(dòng)防滑控制、電子差速控制策略進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)了整車控制系統(tǒng)方案進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。首先，本文根據(jù)四輪獨(dú)立輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車建模要求，采用模塊化建模思想，作出模型假設(shè)，構(gòu)建了15自由度的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車仿真模型，包含有四輪獨(dú)立4轉(zhuǎn)向自由度，車輪4垂向自由度、車體6自由度動(dòng)力學(xué)模型及1個(gè)前輪轉(zhuǎn)向角自由度，并詳細(xì)給出了整車及各子系統(tǒng)模塊詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)方程。其次，在控制策略上，根據(jù)整車動(dòng)力性能要求確定了無(wú)刷直流電機(jī)的電氣參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分析，給出了雙環(huán)PID調(diào)速原理，提出了電子差速控制策略；由于電子差速控制策略并未考慮車輪滑轉(zhuǎn)因素的影響，故在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于滑轉(zhuǎn)率控制的模糊PID控制器，使實(shí)際滑轉(zhuǎn)率穩(wěn)定在最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率上，從而實(shí)現(xiàn)有效的驅(qū)動(dòng)防滑。本文針對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)其縱向運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制進(jìn)行深入研究。主要內(nèi)容如下：（1）通過(guò)對(duì)汽車縱向運(yùn)動(dòng)和電機(jī)拖動(dòng)控制原理的分析，完成了對(duì)車輛整車模型、動(dòng)力學(xué)模型、控制模型和電機(jī)模型等仿真模型的搭建。建立了基于車速反饋的簡(jiǎn)單駕駛員模型并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該模型能夠?qū)Ⅰ{駛員輸入的期望車速