熱門關鍵詞：
電動汽車電子差速器設計說明,電路圖及CAD圖.rar
- 文件大小： 1.38 MB
- 下載次數：
- 文件評級：
- 更新時間：2015-05-17
- 發 布 人： 2231236245
- 文件下載：
-
- 文件介紹：
- 該文件為 rar 格式（源文件可編輯），下載需要
20 積分
-
- 1．1背景及研究的意義
20世紀各國的汽車工業在推動國民經濟發展，造福于人類的同時，也給全球環境帶。來了災難性的影響。統計數據表明，42％的環境污染來源于燃油汽車的排放；80％的城市噪聲是由交通車輛造成的。此外，當今世界石油儲量日趨減少，而燃油汽車則是消耗石油的大戶。因而，當今石油資源匾乏導致的危機與環境保護的緊迫需求，都主導著汽車工業的發展勢必尋求低噪聲、零排放、綜合利用能源的方向。以開發內燃機系統的替代動力系統為基本思想，利用清潔能源為本質特征的電動汽車技術已經成為當今汽車領域發展的前沿課題之一。1873年戴維遜所研制成功的電動汽車(Electric Vehicle，簡稱EV) [1]，從上世紀90年代以來，己再度成為世界各國研究的熱點。
目前，一些新穎的電動汽車(EV)采用獨立的驅動方式，其代表是東京電力推出的IZA電動車[2]，其中集成的技術是一種直接驅動方法，每個輪裝有輪轂電機，不再需要傳動機構和差速齒輪，可按所需動力來分配兩電機的功率，因此整個系統的效率得到提高，同時，對于這種驅動單元，需要一個電子差速驅動控制系統。現有關于電動輪電子差速技術的研究很少，其中大部分集中在帶有差速運行的特殊電機設計上。例如 F．Carricchi等提出了采用單定子，雙轉子感應電機實現電動輪驅動系統的差速技術[3]；Kawamura等提出了一種ADTR (Anti．Directional—twin·rotary)電機[4] [5]：Patrick等提出了采用一個逆變器為兩個并聯的感應電機供電的結構[6]等。但這些特殊的電機均存在一定的不足之處，尚不能完全解決電動輪電子差速問題。綜合以上內容可知，電動汽車的發展與普及是21世紀人類社會可持續發展的必然要求，但目前電動汽車綜合性能與傳統汽車尚不能相比，而且價格也較后者高。提高電動汽車的性價比是增強電動汽車競爭力，加快其商業化進程從而實現電動汽車普及所必需解決的問題。而電動輪驅動技術由于取消了機械傳動，加上電動機的良好控制性能，給電動汽車帶來很多優點，可明顯提高電動汽車相對傳統汽車的競爭能力，有望成為新一代電動汽車的核心驅動技術。它將加速電動汽車的商業化進程，使電動汽車快速普及，從而達到提高汽車能源利用率，緩解全球能源緊張的局勢，降低汽車排放，改善全球環境的目標。
本課題以輪式后輪驅動電動汽車的工程項目為背景，立足于其動力系統性能的優化設計與控制，深入地研究了整車車輛差速控制的控制策略，開發了基于TI—DSP2407A的輪式后輪驅動電動汽車驅動控制系統。如上所述，本項目面向社會與新技術的發展需求，涉及車輛、電機、控制理論、電力電子等眾多學科與工程技術領域，對于進一步研究開發電動車新技術，具有現實的學術和工程意義。
1．2 電動輪驅動技術概述
電動汽車電動輪驅動技術是利用多個獨立控制電動機驅動汽車的四個車輪，動力源與車輪及車輪與車輪之間沒有機械傳動環節。電動機與車輪之間可以是軸式聯接也可以將電動機嵌入車輪成為輪式電機，車輪可帶或不帶有輪邊的減速器。本文用的電機是嵌入車輪不帶輪邊減速器的電動機。電動汽車采用電動輪驅動技術后，能量源與驅動電機之間的功率傳遞采用軟電纜傳遞，擺脫了傳統機械傳動的設計約束。這給整車帶來很多優點，具體如下：由于取消了離合器、變速箱、傳動軸、差速器等部件，使傳動系統得到簡化，整車質量大大減輕，使汽車很好的實現了輕量化目標，傳動效率得到提高；減少了精密機械部件的加工費用，使整車生產成本也有望降低；電動機直接驅動車輪甚至兩者集成為一體，便于實現機電一體化；電動輪與動力源之間采用軟電纜連接，占用空間很少，因此使電動汽車整車布置設計非常靈活，容易實現汽車的低地板化，行李箱及乘客位置設計更靈活，整車質量分布設計自由度大，使軸荷分配更趨合理；由于動力傳動的中間環節減少，與內燃機汽車相比，能夠降低噪音；容易實現性能更好的、成本更低的牽引力控制系統(TCS)、防抱死制動系統(ABS)、動力學控制系統(VDC)及電子穩定功能(ESP)等；電動機轉矩響應非常快(可達到0．2ms)且容易測得其準確值，這對TCS、ABS、VDC系統來說是非常重要的；具有無級變速特性且便于實現汽車巡航控制功能：對各車輪采用制動能量回收系統，則可大大提高汽車能量利用率：容易實現汽車底盤系統的電子化、主動化，各車輪的驅動力可根據汽車行駛狀態進行時時控制，真正實現汽車的“電子主動底盤”[7]。
1．3 電動輪驅動汽車電子差速技術概述
當車輛行駛在轉彎路面或彎道時，為了達到轉向的目的，車輛轉向時內外輪應當具有一定的速度差，即差速。傳統汽車中是依靠行星輪的自轉實現左、右車輪差速，對于采用電動輪驅動的電動車來說，各輪之間同樣存在轉速協調控制的問題。電子差速(Electrical Differential，簡稱ED)是一種以純軟件方式使各動力輪的行駛速度滿足一定約束關系的差速方法，完全采用電控方式控制各車輪的轉速，使其以不同速度轉動，在轉向的同時保證車輪不發生拖動或者滑移，而做純滾動。該方法是實現其他復雜控制算法的基礎，它直接影響到整車控制算法的實施質量瞵[8-10]。
電子差速轉向控制是雙電動機驅動汽車的關鍵技術之一。電動輪電子差速技術已經成為電動輪整車控制系統必須解決的問題。電動輪驅動汽車輪心通過懸架與車體相連，車輪輪心的水平速度與車體該處的水平速度相等，但由于懸架的上、下運動，還會引起輪心產生垂向速度(如車輪爬坡行駛)，這兩個速度分量的合成即為實際輪心速度，由此可見，在轉向及汽車在不平路面上行駛時，各輪輪心速度是不相等的，為此也要求各輪轉速也不相同，并與相應輪心速度相協調。對電動輪驅動的電動汽車，各車輪之間沒有機械連接，運動狀態相互獨立，那么電動車各車輪在汽車轉向或在不平路面上行駛時同樣要滿足車輪旋轉線速度與該車輪的輪心速度相協調的關系。只有滿足這一前提，才能說解決了電動輪汽車的差速問題。
1．4國內外差速技術研究情況
國內近兩年開始研究電子差速技術，但效果均不理想。從所掌握的文獻來看，對電動輪驅動汽車的電子差速技術研究可分為兩條途徑，一條是通過整車控制器調節各驅動電機的轉矩和轉速實現；一條是通過電機結構設計來實現。
沈勇等提出了一種基于線性Ackerman轉向模型和神經網絡方法的復合模型，用于對四輪獨立驅動電動車的各車輪轉速進行控制，其模型參數可以用實際整車數據來直接整定。該控制方法利用Ackerman轉向模型輸出各車輪速度間的線形關系，而采用神經網絡方法來彌補行駛時車輪速度的實際差異，以補償汽車的非線性特性，從而達到了簡化控制系統的目的，并在中低速行駛時使差速問題得到一定解決[11]。上述研究以采用Ackerman模型建立汽車各輪轉速關系為基礎建立電子差速控制器。我們知道，車輛純滾動時內外側車輪的轉速比即為轉彎半徑之比，Ackerman模型只是進行了靜態分析，沒有考慮輪胎的影響，忽略了車輛轉彎行駛時的離心力和向心力。采用這種控制策略，在低速時其差速性能是可以接受的。但當車速較高，轉向角較大時，汽車響應與輸入之間的非線性特性非常明顯。此時，以理想Ackerman模型為基礎的差速控制器已很難滿足整車對差速性能的要求。
葛英輝，李春生等分析了上述控制方法的不足，提出電動輪驅動汽車不應采用車輪轉速作為控制變量，并考慮轉彎時車輪垂直載荷的變化，提出以兩驅動輪的附著力相等為目標的電子差速控制策略，并以此為依據分配兩輪的驅動轉矩，從而使得車輛發生滑轉的可能性減到最小[12-16]。該方法在理論上是可行的，但在實際汽車行駛過程中，能否對汽車的小滑轉率進行實時檢測和控制是值得商榷的。
陳勇研究了采用兩直流電機串聯或并聯方式解決電動輪驅動汽車的差速技術[17]，該差速方法靠兩電機的電壓與電樞電流的大小自動調節內外輪轉矩實現差速，但兩電機轉矩不能實時控制。且該方法中各驅動電機之間的轉速與轉矩相互關聯，失去了電動輪驅動本身的優勢。
國外研究發展和現狀Ju．sang Lee等則利用非線性Ackerman模型和神經網絡方法設計了基于神經網絡的電子差速器。該系統仍采用轉向角與車速作為控制器的輸入，輸出內外輪轉速[18]。Sinclair Gair等研究了后輪采用電動輪驅動的電動汽車，提出了一個基于滑模控制的差速控制策略，根據加速踏板信號和轉向信號及整車參數確定轉向時的左右車輪轉速，以加速踏板信號決定車速，轉向時，內輪轉速等于加速踏板確定的車速，而外輪轉速則根據車速信號，整車參數及內輪轉速計算得出 [19]。Rafal Setlak研究了采用四輪獨立驅動鉸接重型卡車的差速技術，也是采用Ackerman模型控制各車輪轉向時的轉速實現的[20]。
F．Carricchi等提出了采用單定子，雙轉子感應電機實現電動輪驅動系統的差速技術。當汽車直行時，定子磁通分成兩個相等的部分，故兩個轉子工作時的電磁條件相同。當汽車轉彎行駛時，由于采用單逆變器供電，可認為供電頻率為常數，外側車輪轉速增加，相應轉子(稱為轉子)接近同步轉速，其繞組電流下降，對定子的電抗也下降，轉子2的滑差率更大，其繞組電流和電抗增加，故定子磁通流向轉子l，轉子2的電磁轉矩下降。因其外輪負載增加，故外輪驅動轉矩也增加。雙轉子差速驅動橋模型。Kawamura等論述了一種ADTR(Anti．directional．twin．rotary)電機，它把傳統的電機的定子重新設計使其也能轉動。它轉動方向與轉子相反。由于這種電機以同樣轉矩驅動兩根軸，而不需要差速器，使電動汽車傳動系得到簡化。但用它驅動同軸車輪時須裝反向齒輪。后來該研究組又提出復合多相雙轉子交流電機，它通過對定子繞組輸入多相交流電來單獨控制每個轉子的轉矩[21]。Patrick等提出了采用一個逆變器為兩個并聯的感應電機供電結構，通過建立雙電機矢量控制的模型，證明通過控制雙電機電流可控制兩電機的平均轉矩，而通過控制電流控制兩電機差動轉矩。這種控制方法在兩電機從轉矩平衡狀態進入轉矩不等時，轉子電流波動很大，且兩電機轉子轉矩與電流互相影響。
從上述分析可知，目前電動輪驅動汽車的差速技術還沒有得到有效解決。
1．5本課題的主要研究工作
(1) 電機的閉環調速：電機驅動控制系統的性能直接影響和制約著電動汽車的行駛速度和穩定性。本文選擇輪轂電機作為驅動電機，設計電機的驅動控制系統。通過調節兩組PWM占空比值，實現對兩個輪轂電機同時調速。
(2)電子差速的速度分配：本文通過測量車體的轉彎半徑和車輪轉速的關系，計算轉向角、方向盤的輸入模擬量和左右輪之間的關系，實現差速控制。
(3)直流無刷電機的驅動保護。
1．6本論文各部分的主要內容
本文以下內容安排如下：第一章是目前電動汽車的發展背景和各國電動汽車的發展的概述；第二章論述了無刷直流電機的驅動技術，以及輪轂式直流無刷電動機的驅動：第三章是關于電子差速的研究，對電子差速轉向時各個車輪的速度和轉矩進行了分析和計算，并分析了轉向時電動汽車的工作情況；第四章描述了電動汽車的驅動控制部分硬件設計；第五章是電動汽車的驅動控制部分軟件設計；第六章差速實現試驗、測試波形的結果；最后是關于電動汽車差速控制的結論。 ...
文檔留言 共有條評論
豫公網安備 41072402000322號
