轮毂电机实验台设计(附件)
本文根据轮毂电机的性能，分析了轮毂电机实验台应具备的功能，进行了轮毂电机实验台的基本设计。为了使试验台的应用范围较广，试验对象覆盖面较宽，具有通用性和可扩展性，在设计时采用模块化设计思想。根据试验台的功能要求，按照模块化设计思想将试验台的搭建划分为测功系统模块、惯量模拟模块、传动连接模块、电机测控模块和电源模块等主要模块，并设计了台架的整体布置方案。根据划分的模块和布置方案，首先对测功系统模块的关键部件测功机、传感器、测控仪进行了设计和选型；然后通过对电动轮实际工况下的受力分析；最后根据实际情况对台架的惯量模拟部分、滚筒系统以及连接部件进行了设计。通过以上的选型设计最终完成了电动车轮试验台的搭建。 关键词 轮毂电机，实验台，设计
目 录
1 绪论1
1.1 课题的研究背景及目的1
1.2 课题的研究现状2
1.3 课题研究内容4
2 实验台方案设计4
2.1 实验台功能分析4
2.2 实验台的通用性5
2.3 实验台的冷却性5
2.4 电机驱动系统实验6
2.5 动力性能实验6
2.6 实验台架设计思想及布置方案6
2.7 实验台整体方案7
3 实验台元件选择8
3.1 轮毂电机的选择8
3.2 转矩转速传感器的选择10
3.3 磁粉制动器的选择12
3.4 滚筒装置的选择15
3.5 飞轮装置的选择16
结论 17
致谢 18
参考文献 19
1 绪论
1.1 课题的研究背景及目的
20世纪90年代以来，随着人口数量的增加，人们生活需求的提高以及汽车保有量的迅猛增长，中国的汽车已于 1992 年就突破百万辆大关，随后于2009年市场售量超越美国，现在早已经成为汽车数量最多的国家。我国汽车的持有量仍然在成倍增加。当下，中国是世界第二大经济体，根据国家的计划到2020年全面建成小康社会，汽车的数量将会达到甚至超越世界平均水平。而中国是个人口大国，在13亿人 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
口基数下，若平均1000人就有110辆汽车，将会对石油的需求量提出更严峻的挑战，石油价格也会随供求关系的变化而变的更加紧张，甚至引发一系列社会问题。当下中国，环境污染非常严重。全球20个大气污染严重的城市中，中国占16个，而在大气污染中，汽车尾气污染就是主要污染源之一。现在，环境恶化的程度已经渐渐地威逼人类赖以生存的基础。此外，以石油为代表的能源危机已经多次引发了能源战争，并且给部分国家和地区带去了巨大的灾难。电动机车就是在这种环境污染和能源危机的大背景下逐渐地进入了人们的视线。
从能源角度来看，跟传统的内燃机汽车相比，电动汽车清洁不存在空气污染，可以改善空气质量；从噪声的角度来看，电动汽车也摒弃了传统的内燃机工作时候的噪声模式，大大降低了噪声污染；从传动系统的角度来看，电动汽车减少甚至舍弃了传统汽车的诸多传动结构，大大提高了传动效率，并且增大了汽车的可用空间，提高了汽车空间的有效利用率。因此，近些年电动汽车引发了社会的大力关注和投入。为此，政府也已经投入了大量的资金，实施了鼓励企业开发电动汽车的各种优惠政策，并取得了一系列重要成果。电机驱动系统作为电动汽车关键技术之一，人们根据其驱动方式不同，可分为集中式电机驱动和分布式电机驱动。前者是通过电机驱动传动机构，将动力传递至车轮驱动汽车；而后者是分布式电机驱动，即轮毂电机驱动方式。它是将电动机直接安装在车轮上，动力直接通过电动机传递至车轮驱动车辆。分布式电机驱动系统（轮毂电机驱动系统）在现代发达的计算机技术下，具备可以直接控制轮毂电机的动力特性实现电子差速功能。此外，分布式电动汽车传动高效、整车结构简单当前成为电动汽车发展中一个独特的方向。轮毂电机驱动系统与传统的内燃机汽车相比，前者可控性更高，也更容易结合现代的计算机技术。今天，高精度的计算机技术已经可以对轮毂电机的转速和转矩进行精确控制。可以开发出整车控制器，在一辆汽车上实现对四个车轮的独立控制，这样可以使防抱死制动系统(ABS)和牵引控制系统(TCS)更有效，同时电子差速的应用也可以比机械差速器控制的更精确。
1.2 课题的研究现状
1.2.1 国内轮毂电机驱动系统试验台研究现状
当下，国内对轮毂电机驱动系统性能测试方法，主要延续了内转子型电机检测试
验台的思想，比如浙江大学汪洋等开发的用于浙江省检疫局的轮毂电机测试台，使用 magtrol 测功机完成对轮毂电机测功的设计。同济大学根据自行研制的“春晖”系列轮边驱动的电动车作为研究对象，主要研究了针对轮毂电机驱动系统中轮毂电机的加载方法，提出了电动轮耐久性考核内容、考核方法与电动轮耐久性试验台架的设计方案。同济大学邵梁在多功能电动轮加载试验台的研究开发中主要针对轮毂电机驱动的电动轮进行加载而设计的实验台，包括了对存在大偏角和大的垂向载荷下的轮胎特性性能测试、驱动防滑测试、耐久性测试等，其结构图如下图1.1所示。
图1.1 同济大学多功能加载实验台
北京交通大学的董铸荣等人，使用了虚拟仪器技术对轮毂电机驱动系统的性能测试与再生制动试验台的进行了设计，研究并开发了纯电动汽车用直流无刷轮毂电机试
验台架。东风电动车股份有限公司于2003年在武汉投资国内首个电动汽车试验室，该实验室具有电机控制系统、电池管理系统、动力总成台架和整车控制4个实验部
分。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室的卢居霄、宋建国基于“863”燃料电
池车项目，为测试电机驱动系统性能，自主研发了电驱动测试系统。清华大学开发出了包括电池变工况试验台、驱动电机及其控制系统和电动轮模块试验台，该成果的性能超过了审核要求，达到国外九十年代的技术水平，但是成本却只有10%。
1.2.2 国外轮毂电机驱动系统试验台研究现状
德国达姆施塔特工业大学 Andreas Miiller,Vatroslav,Gerhard Fischer 在专利中实现了根据加载程序计算出车轮受到的纵向力，侧向力，垂向力，以及地面制动力,对轮毂电机的单个轮进行加载试验，模拟实际驾驶受力，进而对悬架系统的耐久性以及轮胎特性进行研究。德国亚琛工业大学研发具备了轮胎动态测试台架,如图1.2所示，它采用气动加载的方式，可以较为真实地反应制动和转弯状况。轮胎的偏向力和纵向力也能被较为精确的测量。所以能准确的对轮胎特性和制动特性进行测试。
目 录
1 绪论1
1.1 课题的研究背景及目的1
1.2 课题的研究现状2
1.3 课题研究内容4
2 实验台方案设计4
2.1 实验台功能分析4
2.2 实验台的通用性5
2.3 实验台的冷却性5
2.4 电机驱动系统实验6
2.5 动力性能实验6
2.6 实验台架设计思想及布置方案6
2.7 实验台整体方案7
3 实验台元件选择8
3.1 轮毂电机的选择8
3.2 转矩转速传感器的选择10
3.3 磁粉制动器的选择12
3.4 滚筒装置的选择15
3.5 飞轮装置的选择16
结论 17
致谢 18
参考文献 19
1 绪论
1.1 课题的研究背景及目的
20世纪90年代以来，随着人口数量的增加，人们生活需求的提高以及汽车保有量的迅猛增长，中国的汽车已于 1992 年就突破百万辆大关，随后于2009年市场售量超越美国，现在早已经成为汽车数量最多的国家。我国汽车的持有量仍然在成倍增加。当下，中国是世界第二大经济体，根据国家的计划到2020年全面建成小康社会，汽车的数量将会达到甚至超越世界平均水平。而中国是个人口大国，在13亿人 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
口基数下，若平均1000人就有110辆汽车，将会对石油的需求量提出更严峻的挑战，石油价格也会随供求关系的变化而变的更加紧张，甚至引发一系列社会问题。当下中国，环境污染非常严重。全球20个大气污染严重的城市中，中国占16个，而在大气污染中，汽车尾气污染就是主要污染源之一。现在，环境恶化的程度已经渐渐地威逼人类赖以生存的基础。此外，以石油为代表的能源危机已经多次引发了能源战争，并且给部分国家和地区带去了巨大的灾难。电动机车就是在这种环境污染和能源危机的大背景下逐渐地进入了人们的视线。
从能源角度来看，跟传统的内燃机汽车相比，电动汽车清洁不存在空气污染，可以改善空气质量；从噪声的角度来看，电动汽车也摒弃了传统的内燃机工作时候的噪声模式，大大降低了噪声污染；从传动系统的角度来看，电动汽车减少甚至舍弃了传统汽车的诸多传动结构，大大提高了传动效率，并且增大了汽车的可用空间，提高了汽车空间的有效利用率。因此，近些年电动汽车引发了社会的大力关注和投入。为此，政府也已经投入了大量的资金，实施了鼓励企业开发电动汽车的各种优惠政策，并取得了一系列重要成果。电机驱动系统作为电动汽车关键技术之一，人们根据其驱动方式不同，可分为集中式电机驱动和分布式电机驱动。前者是通过电机驱动传动机构，将动力传递至车轮驱动汽车；而后者是分布式电机驱动，即轮毂电机驱动方式。它是将电动机直接安装在车轮上，动力直接通过电动机传递至车轮驱动车辆。分布式电机驱动系统（轮毂电机驱动系统）在现代发达的计算机技术下，具备可以直接控制轮毂电机的动力特性实现电子差速功能。此外，分布式电动汽车传动高效、整车结构简单当前成为电动汽车发展中一个独特的方向。轮毂电机驱动系统与传统的内燃机汽车相比，前者可控性更高，也更容易结合现代的计算机技术。今天，高精度的计算机技术已经可以对轮毂电机的转速和转矩进行精确控制。可以开发出整车控制器，在一辆汽车上实现对四个车轮的独立控制，这样可以使防抱死制动系统(ABS)和牵引控制系统(TCS)更有效，同时电子差速的应用也可以比机械差速器控制的更精确。
1.2 课题的研究现状
1.2.1 国内轮毂电机驱动系统试验台研究现状
当下，国内对轮毂电机驱动系统性能测试方法，主要延续了内转子型电机检测试
验台的思想，比如浙江大学汪洋等开发的用于浙江省检疫局的轮毂电机测试台，使用 magtrol 测功机完成对轮毂电机测功的设计。同济大学根据自行研制的“春晖”系列轮边驱动的电动车作为研究对象，主要研究了针对轮毂电机驱动系统中轮毂电机的加载方法，提出了电动轮耐久性考核内容、考核方法与电动轮耐久性试验台架的设计方案。同济大学邵梁在多功能电动轮加载试验台的研究开发中主要针对轮毂电机驱动的电动轮进行加载而设计的实验台，包括了对存在大偏角和大的垂向载荷下的轮胎特性性能测试、驱动防滑测试、耐久性测试等，其结构图如下图1.1所示。
图1.1 同济大学多功能加载实验台
北京交通大学的董铸荣等人，使用了虚拟仪器技术对轮毂电机驱动系统的性能测试与再生制动试验台的进行了设计，研究并开发了纯电动汽车用直流无刷轮毂电机试
验台架。东风电动车股份有限公司于2003年在武汉投资国内首个电动汽车试验室，该实验室具有电机控制系统、电池管理系统、动力总成台架和整车控制4个实验部
分。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室的卢居霄、宋建国基于“863”燃料电
池车项目，为测试电机驱动系统性能，自主研发了电驱动测试系统。清华大学开发出了包括电池变工况试验台、驱动电机及其控制系统和电动轮模块试验台，该成果的性能超过了审核要求，达到国外九十年代的技术水平，但是成本却只有10%。
1.2.2 国外轮毂电机驱动系统试验台研究现状
德国达姆施塔特工业大学 Andreas Miiller,Vatroslav,Gerhard Fischer 在专利中实现了根据加载程序计算出车轮受到的纵向力，侧向力，垂向力，以及地面制动力,对轮毂电机的单个轮进行加载试验，模拟实际驾驶受力，进而对悬架系统的耐久性以及轮胎特性进行研究。德国亚琛工业大学研发具备了轮胎动态测试台架,如图1.2所示，它采用气动加载的方式，可以较为真实地反应制动和转弯状况。轮胎的偏向力和纵向力也能被较为精确的测量。所以能准确的对轮胎特性和制动特性进行测试。
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