电桥式电子差速器设计(附件)
本设计在充分研究了国内外纯电动汽车电子差速器存在的问题后，提出了一个全新的方案，即一种双轮毂式电动四轮车电桥式电子差速器。所述控制系统包括减速机构、两个可调电阻、左右电桥、左右轮毂电机控制器、左右轮毂电机。其中左可调电阻的两个输出作为左电桥的两个桥臂，右可调电阻的两个输出作为右电桥的两个桥臂；直线行驶时，左右电桥中的阻值都相等，左右电桥都处于平衡状态，输入左右轮毂电机控制器的控制电压相等，左右轮毂电机转速相等 ；转向时，方向盘通过减速机构带动左可调电阻旋转，输出端的两个阻值反向变化，右可调电阻两个输出端的阻值反向变化，左右电桥失去平衡，左右电桥的输出电压反向变化，输入左右轮毂电机控制器的控制电压反向变化，使左右轮毂电机转速不相等，形成差速转向运动。该电桥式电子差速器同机械差速器和电子差速器相比较，具有结构简单、体积小、成本低等特点。关键词 轮毂式电动汽车，电子差速器，电桥目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 国内外研究的发展概况 2
1.3 研究的意义 3
1.4 主要研究内容 4
2 电桥式差速控制系统的设计 4
2.1 现有差速器功用及实现 5
2.2 电桥式电子差速器原理及实现 6
3 电桥式电子差速器参数选择与计算 8
3.1 电动四轮车的参数和指标 8
3.2 电桥式电子差速器参数选择 9
3.3 转向盘转角与电桥参数之间的匹配关系 14
4 电桥式电子差速器试验台的设计 15
4.1 电桥式电子差速器试验台整体方案设计 15
4.2 电桥式电子差速器试验台测试结果分析 18
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
1 绪论
1．1 课题研究的背景
为了更好地保护环境，减少石油等能源的消耗，电动汽车迅速发展。
按动力传递的结构形式电动汽车可以分为两类：一类是用电机代替发动机，作为驱动源，首先电机发出动力，该动力经过变速器、传动轴、差速器、半轴，最后传递到车轮，驱动车辆
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
br /> 致谢 20
参考文献 21
附录 22
1 绪论
1．1 课题研究的背景
为了更好地保护环境，减少石油等能源的消耗，电动汽车迅速发展。
按动力传递的结构形式电动汽车可以分为两类：一类是用电机代替发动机，作为驱动源，首先电机发出动力，该动力经过变速器、传动轴、差速器、半轴，最后传递到车轮，驱动车辆行驶[1]，但这种形式的动力传递比较复杂，如图1.1(a)所示。还有一类是依据电动汽车本身固有的特点，即电机作为驱动源，将电机直接安装在轮毂内，形成轮毂电机，驱动车辆行驶，即轮毂驱动电动汽车。如图1.1(b)所示。这种驱动式结构将那些复杂的部件除去，如：变速装置、机械差速器、半轴等，这样便简化了复杂的底盘结构，同时降低了整车质量，提高了传动效率。采用轮毂电机单独驱动，增加了汽车空间，使得汽车质量更加合理地分布，这也成为汽车发展的新方向[1]。
集中驱动式电动汽车
分布驱动式电动汽车
图1.1 电动汽车驱动形式
但是，轮毂电机单独驱动这种结构形式也存在一些弊端，因为驱动轮都是由电机直接驱动，所以当汽车转向时不能再采用传统的机械差速器来实现车辆的顺利转向，则需要采用一些方式来控制各轮毂电机的转速，实现差速运动，也就是电子差速。双轮毂式电动四轮车由于采用独立悬架、轮毂电机驱动的技术，具有乘坐舒适、噪音低和储物空间大的特点，受到了电动四轮车业界的广泛重视。但双轮毂电机的差速控制一直是制约双轮毂式电动四轮车发展的主要因素。目前双轮毂电机的差速控制主要采用电子差速器或机械差速器，但电子差速器存在着控制结构复杂、成本高等特点。机械差速器存在着质量大、体积大等特点。[2]
本文论述一种双轮毂式电动车电桥式电子差速控制系统，用简单的电路板代替原来复杂的差速器，将电桥变化的电压信号传给控制器，从而达到控制轮毂电机转速，实现两个轮毂电机的转速差，顺利转弯。这种电桥差速控制系统同机械差速器和电子差速器相比较，结构更加简单、体积变小、灵敏度较高、成本较低等特点。
1．2 国内外研究的发展概况
1.2.1 国外研究状况
轮毂电机已经慢慢成为汽车发展的趋势，成为电动汽车的一大重要部件，轮毂电机技术发展日趋成熟。它的优点在于，动力源在驱动车轮内，实现了动力、传递装置、制动系统的简化，使整车质量减轻，结构更加合理化。可实现多种复杂的驱动方式，便于采用多种新能源车技术。
雪铁龙汽车已经在车展中展示了一款四轮边电机驱动电动轮汽车quark。该车即采用轮毂电机，扭矩最大达到102.2 Nm,50km加速仅需6秒。
图1.2法国标致-雪铁龙四轮边电机驱动电动轮汽车quark
福特汽车公司设计出一款eWheelDrive轮毂电机驱动汽车。该车后两驱动轮均为轮毂电机驱动。
图1.3福特嘉年华eWheelDrive
轮毂电机技术在汽车上的技术已经逐步发展起来，轮毂电机生产厂商首屈一指的要数英国的Protean Electric公司，该企业已与研发了多款装置轮毂电机的样车，包括福特F150-EV、Volvo、C30 SeriesHEV、沃克斯豪尔Vivaro货车、广汽传祺mmpchiEV以及巴博斯纯电动与混合动力车型等。
1.2.2 国内研究状况
广汽集团设计研发出传祺纯电动汽车，该车的后两驱动轮均为轮毂电机驱动，最大输出功率为85kW，最大输出扭矩达到830Nm，受到不少消费者的青睐。
图1.4传祺纯电动汽车
厦门理工学院机械工程系方遒、黄展华[3]等设计出了电动汽车电子差速器，该差速器运用于轮毂电机独立驱动的轻型电动汽车。他们建立起驱动轮内外转速与汽车行驶速度的关系；建立起方向盘转角与差速之间的关系，开发出硬件、软件，设计出程序；建立起试验台，进行相关分析，试验证实了这种差速器能够实现两驱动轮的差速。 武汉理工大学李会[4]研究的电动汽车电子差速系统。建立起包括汽车纵向、侧向、横摆和侧倾和四个车轮绕其轴线旋转这八个自由度数学模型。建立出了一套控制驱动轮转矩的电子差速系统,对传感器传来的信号进行分析，如质心侧偏角、横摆角速度与理想值的偏差,进而采用相关控制技术对需施加在汽车质心的横摆控制力矩进行求解,最终能够实现电子差速的效果。
1．3 研究的意义
本文论述一种电桥式电子差速器。此电桥式电子差速器设计的意义在于解决汽车差速问题，提供一种利用电桥实现双轮毂式电动车的差速控制系统。该差速系统采用纯电路进行差速控制，不需要方向盘转角、车轮速度、加速度等信号，也不需要建立复杂的车辆模型，具有结构简单、体积小、灵敏度高、成本较低等特点。双轮毂式电动车电桥差速器根据转向盘转角与电桥的匹配关系，通过转动转向盘来进行电桥中电阻值的调节，进而使电桥中的电压变化以实现汽车的差速转向。电桥差速器具有成本低、结构简单的特点，因此对于双轮毂电动车电桥差速器的研究具有重大的现实意义。
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1 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 国内外研究的发展概况 2
1.3 研究的意义 3
1.4 主要研究内容 4
2 电桥式差速控制系统的设计 4
2.1 现有差速器功用及实现 5
2.2 电桥式电子差速器原理及实现 6
3 电桥式电子差速器参数选择与计算 8
3.1 电动四轮车的参数和指标 8
3.2 电桥式电子差速器参数选择 9
3.3 转向盘转角与电桥参数之间的匹配关系 14
4 电桥式电子差速器试验台的设计 15
4.1 电桥式电子差速器试验台整体方案设计 15
4.2 电桥式电子差速器试验台测试结果分析 18
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
1 绪论
1．1 课题研究的背景
为了更好地保护环境，减少石油等能源的消耗，电动汽车迅速发展。
按动力传递的结构形式电动汽车可以分为两类：一类是用电机代替发动机，作为驱动源，首先电机发出动力，该动力经过变速器、传动轴、差速器、半轴，最后传递到车轮，驱动车辆
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
br /> 致谢 20
参考文献 21
附录 22
1 绪论
1．1 课题研究的背景
为了更好地保护环境，减少石油等能源的消耗，电动汽车迅速发展。
按动力传递的结构形式电动汽车可以分为两类：一类是用电机代替发动机，作为驱动源，首先电机发出动力，该动力经过变速器、传动轴、差速器、半轴，最后传递到车轮，驱动车辆行驶[1]，但这种形式的动力传递比较复杂，如图1.1(a)所示。还有一类是依据电动汽车本身固有的特点，即电机作为驱动源，将电机直接安装在轮毂内，形成轮毂电机，驱动车辆行驶，即轮毂驱动电动汽车。如图1.1(b)所示。这种驱动式结构将那些复杂的部件除去，如：变速装置、机械差速器、半轴等，这样便简化了复杂的底盘结构，同时降低了整车质量，提高了传动效率。采用轮毂电机单独驱动，增加了汽车空间，使得汽车质量更加合理地分布，这也成为汽车发展的新方向[1]。
集中驱动式电动汽车
分布驱动式电动汽车
图1.1 电动汽车驱动形式
但是，轮毂电机单独驱动这种结构形式也存在一些弊端，因为驱动轮都是由电机直接驱动，所以当汽车转向时不能再采用传统的机械差速器来实现车辆的顺利转向，则需要采用一些方式来控制各轮毂电机的转速，实现差速运动，也就是电子差速。双轮毂式电动四轮车由于采用独立悬架、轮毂电机驱动的技术，具有乘坐舒适、噪音低和储物空间大的特点，受到了电动四轮车业界的广泛重视。但双轮毂电机的差速控制一直是制约双轮毂式电动四轮车发展的主要因素。目前双轮毂电机的差速控制主要采用电子差速器或机械差速器，但电子差速器存在着控制结构复杂、成本高等特点。机械差速器存在着质量大、体积大等特点。[2]
本文论述一种双轮毂式电动车电桥式电子差速控制系统，用简单的电路板代替原来复杂的差速器，将电桥变化的电压信号传给控制器，从而达到控制轮毂电机转速，实现两个轮毂电机的转速差，顺利转弯。这种电桥差速控制系统同机械差速器和电子差速器相比较，结构更加简单、体积变小、灵敏度较高、成本较低等特点。
1．2 国内外研究的发展概况
1.2.1 国外研究状况
轮毂电机已经慢慢成为汽车发展的趋势，成为电动汽车的一大重要部件，轮毂电机技术发展日趋成熟。它的优点在于，动力源在驱动车轮内，实现了动力、传递装置、制动系统的简化，使整车质量减轻，结构更加合理化。可实现多种复杂的驱动方式，便于采用多种新能源车技术。
雪铁龙汽车已经在车展中展示了一款四轮边电机驱动电动轮汽车quark。该车即采用轮毂电机，扭矩最大达到102.2 Nm,50km加速仅需6秒。
图1.2法国标致-雪铁龙四轮边电机驱动电动轮汽车quark
福特汽车公司设计出一款eWheelDrive轮毂电机驱动汽车。该车后两驱动轮均为轮毂电机驱动。
图1.3福特嘉年华eWheelDrive
轮毂电机技术在汽车上的技术已经逐步发展起来，轮毂电机生产厂商首屈一指的要数英国的Protean Electric公司，该企业已与研发了多款装置轮毂电机的样车，包括福特F150-EV、Volvo、C30 SeriesHEV、沃克斯豪尔Vivaro货车、广汽传祺mmpchiEV以及巴博斯纯电动与混合动力车型等。
1.2.2 国内研究状况
广汽集团设计研发出传祺纯电动汽车，该车的后两驱动轮均为轮毂电机驱动，最大输出功率为85kW，最大输出扭矩达到830Nm，受到不少消费者的青睐。
图1.4传祺纯电动汽车
厦门理工学院机械工程系方遒、黄展华[3]等设计出了电动汽车电子差速器，该差速器运用于轮毂电机独立驱动的轻型电动汽车。他们建立起驱动轮内外转速与汽车行驶速度的关系；建立起方向盘转角与差速之间的关系，开发出硬件、软件，设计出程序；建立起试验台，进行相关分析，试验证实了这种差速器能够实现两驱动轮的差速。 武汉理工大学李会[4]研究的电动汽车电子差速系统。建立起包括汽车纵向、侧向、横摆和侧倾和四个车轮绕其轴线旋转这八个自由度数学模型。建立出了一套控制驱动轮转矩的电子差速系统,对传感器传来的信号进行分析，如质心侧偏角、横摆角速度与理想值的偏差,进而采用相关控制技术对需施加在汽车质心的横摆控制力矩进行求解,最终能够实现电子差速的效果。
1．3 研究的意义
本文论述一种电桥式电子差速器。此电桥式电子差速器设计的意义在于解决汽车差速问题，提供一种利用电桥实现双轮毂式电动车的差速控制系统。该差速系统采用纯电路进行差速控制，不需要方向盘转角、车轮速度、加速度等信号，也不需要建立复杂的车辆模型，具有结构简单、体积小、灵敏度高、成本较低等特点。双轮毂式电动车电桥差速器根据转向盘转角与电桥的匹配关系，通过转动转向盘来进行电桥中电阻值的调节，进而使电桥中的电压变化以实现汽车的差速转向。电桥差速器具有成本低、结构简单的特点，因此对于双轮毂电动车电桥差速器的研究具有重大的现实意义。
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