双轮毂电动车电子差速转向试验台设计
基于双轮毂电机后轮驱动四轮电动车，设计与之匹配，取代机械式差速器的新型电子差速器，电子差速器用霍尔元件作为电压产生元件，使两轮毂电机控制器获得不同电压，从而产生转速差，实现差速。利用pro/E建立差速器三维模型，3D打印差速器壳体和固定架，安装搭建试验台，为电子差速控制的试验提供试验平台。关键词 双轮毂电动车，霍尔电子差速，试验台目 录
1 引言 1
2 双轮毂电动车差速控制要求 2
2.1 整车差速控制方法 2
2.2 霍尔电子差速器功能要求 3
2.3 左右轮毂电机差速电压差计算 3
3 霍尔电子差速器试验台工作原理 5
3.1 传统电子差速器的原理及实现 5
3.2 霍尔元件性质 6
3.3 霍尔电子差速器工作原理 8
3.4 霍尔元件的性能测试 10
4 霍尔电子差速器试验台设计 11
4.1传动系统布置 11
4.2 齿轮参数选择计算 12
4.3 差速器壳体设计与制作 14
5 试验台的搭建 16
5.1 霍尔差速器的组装 16
5.2 霍尔差速器试验台的安装 17
5.3 霍尔差速器试验台安装电路 19
5.4 霍尔电子差速器试验台测试结果 19
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 引言
随着电动车相关技术的发展，一种新型的电动车底盘形式引起了学者的广泛关注——多个电机独立驱动多个车轮的底盘形式[1]，其中比较常见的是基于轮毂电机的四轮独立驱动电动车。该类型电动车采用轮毂电机（车轮与电机集成设计），电机输出的转矩直接传送给车轮，取消了传统的动力传动系统，减轻了车体重量、提高了车体空间利用率、实现了每个车轮的单独控制[2]。轮毂电机式电动车没有传统汽车的复杂传动机构，布置方便。但是没有了机械差速器，不能实现车轮差速，轮胎磨损严重，有很多电子差速器，但控制方式复杂，成本高，不实用。本设计成本低，控制方式简单易行。
本文研究超微型双轮毂电动四轮车转向试验台，解决从理
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
与电机集成设计），电机输出的转矩直接传送给车轮，取消了传统的动力传动系统，减轻了车体重量、提高了车体空间利用率、实现了每个车轮的单独控制[2]。轮毂电机式电动车没有传统汽车的复杂传动机构，布置方便。但是没有了机械差速器，不能实现车轮差速，轮胎磨损严重，有很多电子差速器，但控制方式复杂，成本高，不实用。本设计成本低，控制方式简单易行。
本文研究超微型双轮毂电动四轮车转向试验台，解决从理论到实践的应用问题，仔细研究理论的合理性与可行性，不断改变实现目的理论方案，找到最合适，简单易行的理论方案，从而以此指导实践。理论到实践是一个过程，需要考虑各种因素，选定最适合的实践方案，从而得到我们预期的，符合理论的设计结果。理论创新，实验台搭建，结果测试是成败的标准，合理，正确的测试方法是得到正确结果的前提，测试结果为我们显示设计的优劣，测试方法的制定必不可少。
本文设计新型电子差速器，称之为霍尔差速器，在霍尔差速器的基础上，设计合理的试验台，并且装在双轮毂电动四轮车检测理论，实践方案的可行性。其中主要工作内容有：超微型双轮毂电动四轮车的差速转向问题，设计了霍尔差速控制方式，该式差速器不需要轮速、转角等传感器，具有成本低、结构简单的特点。主要完成双轮毂电动四轮车转向试验台的设计和搭建，完善改良试验台上的各种装置的设计和布局，为霍尔差速控制的试验提供试验平台，为双轮毂电动四轮车提供简单易行，高效灵敏，成本低，取代机械差速器的电子差速器。
2 双轮毂电动车差速控制要求
2.1 整车差速控制方法
1—踏板；2—左控制器；3—左轮毂电机；4—右轮毂电机；5—右控制器；6—左霍尔元件；7—右霍尔元件；8、9—调零电压
图2.1 霍尔电子差速器控制图
霍尔电子差速器系统由电子系统和传动系统两部分组成。本设计根据双轮毂电动四轮车的控制结构与机械结构，提出新型的电子差速控制方法。双轮毂电动四轮车采用两个电机控制器2和5，分别控制两个轮毂电机3和4，控制器的速度控制是根据输入信号电压的高低来控制电机转速，即车速，本设计根据这个特点，提出当车转向行驶时，根据转向信号增加减内外车轮控制器输入电压的高低，从而实现内外侧车轮转速差，实现差速行驶。
如图2.1所示踏板1给两控制器的信号输入端输送电压信号，电压信号的高低，决定两轮毂电机M的转速大小，这种状态没有差速控制，两侧轮毂电机的获得相同的踏板电压信号，故转速相同。为了实现差速，在两侧车轮间安装差速装置H1、H2，即霍尔元件，磁场变化会引起霍尔元件会产生电压的变化，若将此电压输入控制器，就能控制两个电机的转速，设计传动装置，使两霍尔元件根据转向产生相应的电压变化，输送给左右控制器，控制两轮差速。
2.2 霍尔电子差速器功能要求
霍尔电子差速器安装在转向柱上，轮毂电机速度控制电压在0.8V～4.2V范围内，即加速踏板调节的电压范围。当车直行时，不需要差速，轮毂电机转速直只受加速踏板的控制，当左右转向时，差速器给电车控制器以相反的电压，使两侧电机有不同的转速。例如，右转时左侧车轮加速，右侧车轮减速，即右转时霍尔差速器给左侧车轮控制器增加输入电压，给右侧差速器减少输入电压，左转相反，即可控制两轮差速转向。
2.3 左右轮毂电机差速电压差计算
考虑到原地转向，控制器电压必须在0.8V以下，而霍尔电子差速器转向就会有电压输入，所以需将踏板控制器的电压降低，给予电子差速器电压的变化空间，由于霍尔元件有静态输出电压，为了降低控制器的输入电压，须接反向电压8和9，使控制器输入的电压为0.8～4.2之间。汽车的电子差速的大小与车轮极限转向角，轴距，轮距等有关，需要计算出两电轮的速度差并且需要计算出速度差而带来的转向控制电压差。
图2.2 转向车轮偏转角的关系 图2.3 电压速度关系图
根据实际测量，试验台双轮毂电动车的车轮极限转角为=30o，轴距L=1350mm，轮距B=930mm,车轮半径=240mm。当前外侧转向轮偏转角达到最大值时，转弯半径有最小值。在图示理想情况下如图2-2，最小转弯半径与外侧转向轮最大偏转角的关系为:
(2-1)
由上述公式计算得=2700mm；则外侧车轮的转弯半径为:
（） (2-2)
1 引言 1
2 双轮毂电动车差速控制要求 2
2.1 整车差速控制方法 2
2.2 霍尔电子差速器功能要求 3
2.3 左右轮毂电机差速电压差计算 3
3 霍尔电子差速器试验台工作原理 5
3.1 传统电子差速器的原理及实现 5
3.2 霍尔元件性质 6
3.3 霍尔电子差速器工作原理 8
3.4 霍尔元件的性能测试 10
4 霍尔电子差速器试验台设计 11
4.1传动系统布置 11
4.2 齿轮参数选择计算 12
4.3 差速器壳体设计与制作 14
5 试验台的搭建 16
5.1 霍尔差速器的组装 16
5.2 霍尔差速器试验台的安装 17
5.3 霍尔差速器试验台安装电路 19
5.4 霍尔电子差速器试验台测试结果 19
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 引言
随着电动车相关技术的发展，一种新型的电动车底盘形式引起了学者的广泛关注——多个电机独立驱动多个车轮的底盘形式[1]，其中比较常见的是基于轮毂电机的四轮独立驱动电动车。该类型电动车采用轮毂电机（车轮与电机集成设计），电机输出的转矩直接传送给车轮，取消了传统的动力传动系统，减轻了车体重量、提高了车体空间利用率、实现了每个车轮的单独控制[2]。轮毂电机式电动车没有传统汽车的复杂传动机构，布置方便。但是没有了机械差速器，不能实现车轮差速，轮胎磨损严重，有很多电子差速器，但控制方式复杂，成本高，不实用。本设计成本低，控制方式简单易行。
本文研究超微型双轮毂电动四轮车转向试验台，解决从理
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
与电机集成设计），电机输出的转矩直接传送给车轮，取消了传统的动力传动系统，减轻了车体重量、提高了车体空间利用率、实现了每个车轮的单独控制[2]。轮毂电机式电动车没有传统汽车的复杂传动机构，布置方便。但是没有了机械差速器，不能实现车轮差速，轮胎磨损严重，有很多电子差速器，但控制方式复杂，成本高，不实用。本设计成本低，控制方式简单易行。
本文研究超微型双轮毂电动四轮车转向试验台，解决从理论到实践的应用问题，仔细研究理论的合理性与可行性，不断改变实现目的理论方案，找到最合适，简单易行的理论方案，从而以此指导实践。理论到实践是一个过程，需要考虑各种因素，选定最适合的实践方案，从而得到我们预期的，符合理论的设计结果。理论创新，实验台搭建，结果测试是成败的标准，合理，正确的测试方法是得到正确结果的前提，测试结果为我们显示设计的优劣，测试方法的制定必不可少。
本文设计新型电子差速器，称之为霍尔差速器，在霍尔差速器的基础上，设计合理的试验台，并且装在双轮毂电动四轮车检测理论，实践方案的可行性。其中主要工作内容有：超微型双轮毂电动四轮车的差速转向问题，设计了霍尔差速控制方式，该式差速器不需要轮速、转角等传感器，具有成本低、结构简单的特点。主要完成双轮毂电动四轮车转向试验台的设计和搭建，完善改良试验台上的各种装置的设计和布局，为霍尔差速控制的试验提供试验平台，为双轮毂电动四轮车提供简单易行，高效灵敏，成本低，取代机械差速器的电子差速器。
2 双轮毂电动车差速控制要求
2.1 整车差速控制方法
1—踏板；2—左控制器；3—左轮毂电机；4—右轮毂电机；5—右控制器；6—左霍尔元件；7—右霍尔元件；8、9—调零电压
图2.1 霍尔电子差速器控制图
霍尔电子差速器系统由电子系统和传动系统两部分组成。本设计根据双轮毂电动四轮车的控制结构与机械结构，提出新型的电子差速控制方法。双轮毂电动四轮车采用两个电机控制器2和5，分别控制两个轮毂电机3和4，控制器的速度控制是根据输入信号电压的高低来控制电机转速，即车速，本设计根据这个特点，提出当车转向行驶时，根据转向信号增加减内外车轮控制器输入电压的高低，从而实现内外侧车轮转速差，实现差速行驶。
如图2.1所示踏板1给两控制器的信号输入端输送电压信号，电压信号的高低，决定两轮毂电机M的转速大小，这种状态没有差速控制，两侧轮毂电机的获得相同的踏板电压信号，故转速相同。为了实现差速，在两侧车轮间安装差速装置H1、H2，即霍尔元件，磁场变化会引起霍尔元件会产生电压的变化，若将此电压输入控制器，就能控制两个电机的转速，设计传动装置，使两霍尔元件根据转向产生相应的电压变化，输送给左右控制器，控制两轮差速。
2.2 霍尔电子差速器功能要求
霍尔电子差速器安装在转向柱上，轮毂电机速度控制电压在0.8V～4.2V范围内，即加速踏板调节的电压范围。当车直行时，不需要差速，轮毂电机转速直只受加速踏板的控制，当左右转向时，差速器给电车控制器以相反的电压，使两侧电机有不同的转速。例如，右转时左侧车轮加速，右侧车轮减速，即右转时霍尔差速器给左侧车轮控制器增加输入电压，给右侧差速器减少输入电压，左转相反，即可控制两轮差速转向。
2.3 左右轮毂电机差速电压差计算
考虑到原地转向，控制器电压必须在0.8V以下，而霍尔电子差速器转向就会有电压输入，所以需将踏板控制器的电压降低，给予电子差速器电压的变化空间，由于霍尔元件有静态输出电压，为了降低控制器的输入电压，须接反向电压8和9，使控制器输入的电压为0.8～4.2之间。汽车的电子差速的大小与车轮极限转向角，轴距，轮距等有关，需要计算出两电轮的速度差并且需要计算出速度差而带来的转向控制电压差。
图2.2 转向车轮偏转角的关系 图2.3 电压速度关系图
根据实际测量，试验台双轮毂电动车的车轮极限转角为=30o，轴距L=1350mm，轮距B=930mm,车轮半径=240mm。当前外侧转向轮偏转角达到最大值时，转弯半径有最小值。在图示理想情况下如图2-2，最小转弯半径与外侧转向轮最大偏转角的关系为:
(2-1)
由上述公式计算得=2700mm；则外侧车轮的转弯半径为:
（） (2-2)
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