毕业设计

摘要

电动车轮毂电机是基于轮毅电机驱动型电动汽车的关键部件，其性能和可靠性是

决定整车性能的重要因素。通过电动轮综合测试台架来检验电动轮模块的各项性能同时进行电动轮模块的各项基础试验研究，可以提高电动汽车的开发效率和开发质量，并降低成本。为此，开发能对电动轮模块进行各项研究的试验台架，具有十分重要的意义。

试验台架以电动轮模块为研究对象，以转速、转矩、垂向载荷、侧向载荷、惯量等为控制目标，模拟电动轮模块在路面的真实运动情况。论文首先分析了电动轮在实际运行工况下的载荷转移、转矩、转速、侧向力变化、电动轮单轮制动情况等，根据试验台架设计功能要求，在比较各种加载方法后，进行了试验台架垂向和侧向双向加载系统和惯性模拟部分的结构设计，进而，匹配试验台架相应的传感元件、电动推杆、数据采集卡、放大器等各项硬件，根据台架试验功能要求，完成台架四大测控模块系统设计，分别为垂向加载和侧向加载的测控系统设计、电动轮模块和制动模块的测控系统设计，开发试验台架控制程序，并通过试验对台架设计进行了验证。

试验台架可对电动轮模块进行性能测试、耐久性试验和ABS、复合制动等多项试验，从而为电动汽车的开发提供高效实用的关键零部件测试平台。

1.课题背景

电动汽车是20世纪最伟大的20项工程技术成就中前两项技术的融合，即

“电气化”和“汽车”的融合产物。它不是当代人的新近想法，其构想与研制均

早于燃油车，但由于性能不如燃油车，使其研究与开发工作一度停滞0 20世纪70

年代的能源危机和石油短缺，又使电动汽车获得了生机，到了20世纪80年代，

随着人们对于空气质量和温室效应的关注，对电动汽车的研究热情进入了空前

高涨期。

近年在世界范围内，各类电动车辆(汽车、自行车、摩托车、巡游观光车、

场地搬运车、高尔夫球车、轮椅)等需求旺盛，发展迅猛。其中，电动自行车和

电动汽车的快速发展和广泛应用，更是将轮毅电机技术提升到了一个崭新的高

度。以电动自行车为例，我国2005年产量己超过1500万辆，市场规模巨大，核心

技术轮毅电机亦处于世界领先地位。在电动汽车领域，轮毅电机驱动系统的技术

进步也是非常显著的。

轮毅电机驱动系统可以灵活地布置于各类电动车辆的前轮、后轮，甚至于所

有车轮中，直接驱动轮毅旋转。与内燃机、单电机等传统集中驱动方式相比，其

在动力配置、传动结构、操控性能、能源利用等方面的技术优势和特点极为明显，

主要表现为:

1.动力控制由硬连接改为软连接，能通过电子控制器，实现各轮毅从零到

最大速度之间的无级变速和轮毅间的差速要求。省却了传统的机械换档、离合器、

变速器、传动轴和机械差速器等装置，使得驱动系统和整车结构简约归一，可利

用空间增大，传动效率提高。

2.整车布局和车身造型设计的自由度大大增加。以汽车为例，将底架的承

载功能与传动功能分离后，桥架结构大为简化，更容易实现相同底盘不同车身

造型的产品多样化和系列化，缩短新车开发周期，降低开发成本。

3，各轮毅转矩独立可控，响应快捷，正反转灵活，瞬时动力性能更为优越，

显著提高了适应恶劣路面条件的行驶能力。

4.容易实现轮毅的电气制动、机电复合制动和制动过程中的能量回馈，还

能对整车能源的高效利用实施最优化控制与管理，有效节约能源。

5.对轮毅电机驱动的电动汽车，若进一步导入四轮转向技术，减小转向半径，还可能实

现零半径转向。

因此，这种基于轮毅电机的全轮驱动的电动汽车技术能够完美体现节能、环保和安全的一E题。基于轮毅电机的全轮驱动成为电动汽车领域的热点之一，采用该技术的试验样车也不断出现。

1.2轮毅电机的分类in

轮毅电机外形基本一致，大都为扁平型，但电机类型、结构形式、驱动方

式差别较大，分类方法也不尽一致，现归纳如下:

首先是电机类型。目前应用于电动轮毅的电机主要有四大类，即永磁电机、

异步电机、开关磁阻电机和横向磁通电机.这其中，永磁电机的应用最为普遍，

而横向磁通电机则是一类极具竞争力的低速大转矩新型电机。

在结构形式上，轮毅电机可谓百花齐放。从主磁通行经路径看，它囊括了

径向磁场、轴向磁场、横向磁通全部三种基本形式。从运动方式看，亦有内转

子、外转子和双转子之分。其中，双转子结构最有新意。内转子主动，外转子

从动，二者通过一组行星齿轮传递动力，实现反向旋转，使磁场切割导体的速

度为内、外转子速度之和。显然，这种速度迭加以及机械联动的巧妙组合，既

给电机设计带来驰张空间，又起到了缓释负载扰动、平抑冲击负荷、有效保护

电池的作用。

轮毅电机有直接和间接两种驱动方式。直接驱动时，电机多采用外转子结

构，即转子直接带动轮毅旋转，因而转速较低。与此相对应，间接驱动时，电

机则多为内转子结构，转速较高，通过行星齿轮机构实现减速，带动轮毅旋转，因而也称之为减速驱动。如果进一步按旋转速度分类，轮毅电机还有高速和低

速之分，但对应的转速范围并没有明确的界定，视应用对象不同而不同。通常，

仅当驱动方式确定之后，高、低速范围的界定才具有相对准确的含义，即直接

驱动一般对应于低速电机体积大，耗材多，功率密度小，噪声低，而间接驱动

则多对应于高速电机体积小，耗材少，功率密度大，噪声高。对于目前广泛使用的永磁直流轮毅电机，按换向方式还可分为有刷和无刷

两类。有刷电机的控制器比较简单，但需要对机械换向器进行定期维护。无刷

电机可实现免维护，但控制器成本稍高，有位置传感器时，布设信号线和电源

线会降低系统的可靠性，而采用无位置传感器方案时，起动性能和低速特性都

还有待改进。

.3国内外典型的轮毅电机驱动系统

轮边驱动电动车具有集中电机驱动电动车和传统电动车无法比拟的优点，

被认为是未来电动汽车发展的重要方向，世界上多家汽车公司和研究机构在进

行轮边驱动电动车的研究。

最早见诸于文献的有关轮毅电机及其应用来自于著名汽车公司保时捷的创

始人保时捷((F.Porsche)o 1900年，保时捷研制了两个前轮装备轮毅电机的前

轮驱动双座电动汽车，并在电动汽车比赛中取得了最好的成绩。图1. 5所示为

保时捷研制的轮毅电机驱动电动汽车。值得注意的是，保时捷在1902年就研制

出了采用发动机和轮毅电机的混合动力汽车，取得山地汽车拉力赛的好成绩。

1910年，保时捷研制了军用陆地列车，最前面的机车装备发动机和发电机，后

面的10辆列车利用轮毅电机驱动。美国通用汽车公司zaol年试制的全新线控4轮驱动燃