Review:Research Progress for Electric Vehicle Hub Motor Driving Technology

Due to high efficiency,high controllability,high integration,lightweight,and other advantages,electric vehicle with hub motor driving technology has become an emerging trend of chassis technology.This paper concludes the current state⁃of⁃the⁃art of hub motor drive technologies.Firstly,it summarizes recent hub motor drive products and makes suggestions for hub motor drive schemes in different application scenarios.Then research on hub motor drive key technologies such as integrated design,thermal optimization,lightweight,and intensity optimization is investigated.Considering the high response accuracy and zero delay characteristic of hub motor driving system combined with advanced distributed dynamics control technology that can further improve vehicle performance,this paper also analyzes existing chassis dynamics control technologies of hub motor driving system.Considering the development trend of vehicle electrification,intelligentization,network connection,and current research,this paper makes some forecasts for hub motor drive technologies development in the conclusion.

基于激光测距技术的轮毂电机驱动电动汽车操纵稳定性控制方法

电动汽车内传感器的测量精度较差,为提高汽车行车稳定性,基于激光测距技术的轮毂电机驱动电动汽车操纵稳定性控制方法。建立电动汽车动力学模型,在车轮动力模型中,对四个轮胎分别建立驱动力平衡方程。设计了一种轮毂电机驱动下的汽车稳定性控制方法,分别设置车身与车轮稳定性的目标函数与约束条件。实验结果显示,上层控制器中,汽车dβ-β相平面均在0~0.1 rad的标准范围之内且横摆角速度也基本与目标值相符;在下层控制器中,汽车dβ-β相平面均在-0.5 rad~0.5 rad的标准范围之内且横摆角速度基本与目标值相符,可见本方法对该汽车稳定性控制方法有效。

基于电机直驱的玉米勺轮排种器排种质量监测系统

针对非直驱式玉米勺轮排种器存在排种量、播种粒距监测精度低等问题,设计一种基于步进电机直驱的玉米勺轮排种器排种质量监测系统。该系统以STM32为核心,采用光电传感器对排种量进行检测,基于光电脉冲信号的相邻落种时间间隔实现对播种粒距的监测。台架试验结果表明:在3~8 km/h设定车速下,排种量监测准确率平均值为98.55%,标准差为1.4%;与分析相邻落种运动过程得到的播种粒距理论值相比,播种粒距监测误差绝对值的平均值为2.84 cm,标准差为3.66 cm,播种粒距监测合格指数大于97.1%,满足实际排种质量监测需求,可为玉米排种质量监测技术提供参考。

架悬式永磁直驱转向架轮对更换的研究与分析

针对某型架悬式永磁直驱转向架轮对轴箱及驱动系统总成的更换工艺进行了分析研究,侧重于拆解流程、恢复流程、设备需求、工装设计、更换方案、操作流程等方面进行研究,详细阐述更换过程中需要关注的细节,并且针对轮对轴箱及驱动系统总成具体结构提出与其相匹配的适用工装。本更换方案已在实车检修中应用,具有更换速度快、拆卸无损伤、人员易操作等优势。为该型转向架轮对轴箱及驱动系统总成的更换提供了可选方案,填补了同时具有抱轴式电机和空心轴六连杆传动这两种特质转向架分解和组装工艺的空白。

模块化高转矩密度高可靠性直驱轮毂电机设计

针对高转矩密度、高可靠性直驱轮毂电机性能需求,设计了一种多单元模块化直驱轮毂电机。通过理论分析、有限元仿真等方法研究了不同极槽配比、定子结构、永磁体充磁类型、磁钢固定方式等对电机电磁性能的影响,探索了适用于实现高转矩密度的电磁结构方案,并通过有限元仿真及台架试验验证了该设计方案及相关技术的有效性。

四轮轮毂电机驱动电动汽车扭矩分配控制

根据四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动/制动力矩独立可控的特点,采用层次化结构的控制分配方法,优化分配驱/制动扭矩来提高车辆的操纵稳定性.控制器由运动控制器和控制分配器组成,其中运动控制器根据车辆状态产生所需总横摆力矩,控制分配器优化分配各轮上的驱/制动扭矩,同时考虑了各种执行器的约束条件.仿真结果表明:采用层次化结构的控制分配方法充分利用了垂直载荷较大的轮胎摩擦圆,降低了总的轮胎利用率,提高车辆的操纵稳定性.与平均分配的方法相比,稳定性控制效果更佳.

电动轮式移动小车控制系统设计与试验

为了实现电动轮式移动小车能在实际不同的负载和路况下可以稳定的运行工作，该文研制了小车的四轮独立驱动的电机驱动和四轮转向控制系统，该系统由主控制芯片STM32F103RCT6对移动小车进行解算得出4个驱动轮的速度，然后对每个驱动电机进行转矩分配，控制4台用于驱动的无刷直流轮毂电机、2台转向直流电机以及2台制动用直流电机，使得小车实现直线行驶、转向和原地转向；通过单片机ATMEGA48PA控制4台无刷直流轮毂电机换相；采用驱动芯片IR2113驱动场效应管FQA140N10，并利用电机内部霍尔传感器输出的脉冲信号检测无刷直流电机的速度，采用放大器LM358搭建过载保护电路。试验结果表明，所开发的小车驱动控制系统实现了四轮电子差速与转矩分配，移动小车能在水泥路面、干泥土路面、斜坡和草地上稳定可靠运行，小车限速20km/h，爬坡度为8°。在空载情况下能匀速运行8～10h，带额定负载250kg情况下能匀速运行4～5h，有较好的负载性能，满足农业运输及农田作业的需求，减轻人的体力劳动，提高生产效率。该研究可为应用于田间作业的电动移动小车的机械设计及电气控制系统设计提供参考。

基于控制分配的轮毂电机驱动电动车稳定性控制仿真研究

根据四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动/制动力矩独立可控的特点,采用层次化结构的控制分配方法优化分配驱/制动扭矩来提高车辆的操纵稳定性。控制器由运动控制器和控制分配器组成,其中运动控制器根据车辆状态产生所需总的纵向力和横摆力矩,控制分配器优化分配各轮上的驱/制动扭矩,同时考虑了各种执行器的约束条件。仿真结果表明:采用层次化结构的控制分配方法能充分利用了垂直载荷较大的轮胎摩擦圆,提高车辆的操纵稳定性。

四轮轮毂电机电动汽车行驶状态估计

针对四轮轮毂电机电动汽车行驶过程中的状态估计和在数据测量过程中由于偶然因素使观测序列中存在野值的问题,本文中提出了一种基于抗野值鲁棒容积卡尔曼滤波的车辆行驶状态估计算法。首先利用四轮轮毂电机电动汽车的每个车轮的电机驱动力矩容易测得的优势计算轮胎的纵向力,采用Dugoff轮胎模型计算轮胎的侧向力,建立了汽车非线性3自由度车辆模型。接着通过对简单易测低成本传感器信号的信息融合实现电动汽车在行驶过程中的纵向速度、侧向速度和质心侧偏角的准确估计。最后应用Car Sim和Matlab/Simulink联合仿真对估计算法进行验证。结果表明,基于抗野值鲁棒容积卡尔曼滤波的估计算法比扩展卡尔曼滤波估计算法更能较准确地对车辆行驶状态进行估计,且具有较好的实时性。

双转子电机混合动力汽车驱动特性研究

双转子电机应用于混合动力汽车,可以方便地构建出集电机驱动、差速和能量回收等功能于一体的无差速器四轮混动驱动系统。以永磁无刷直流型双转子电机为例,分析了作为电驱动桥动力源的双转子电机的工作原理,并建立了在SUV混合动力电动车上应用的动力性和经济性仿真模型。最后,以欧洲城市工况为例,利用仿真模型进行了动力性和经济性对比仿真。结果表明,新型混合动力方案在动力性略有提高的基础上百公里油耗比原型车下降了21.09%。

轮式机器人用直接驱动电机的设计

非系列电机的设计方法不同于常规系列电机的设计方法,设计时应按其性能指标要求参考性能相近的系列电机尺寸,并对对其性能有重要影响的极数、槽数、绕组的排列方式等进行设计.通过对轮式机器人用无刷直流电动机性能指标要求的分析,经过具体方案的确定,简述了该种电机设计应遵从的规律,提出并采用无刷直流电动机的绕组切换方法,以在不改变硬件前提下改善轮式机器人的低速爬坡能力和起动加速能力,研究和分析了无刷直流电动机绕组切换的原理和方法.

盘式永磁同步电机直接驱动独立车轮及导向控制技术

为解决低地板轻轨车辆所用传统电机体积大、能效低等问题,提出架悬盘式永磁同步电机(PMSM)解决方案。PMSM通过弹性万向节直接驱动低地板轻轨车辆的独立车轮;以滑模观测器获得的PMSM转子位置角和角速度的估计值作为控制依据,实现无位置传感器的PMSM矢量控制;转向架同一侧的2个电机采用偏差耦合控制,以保持纵向转速同步;对左右两侧的电机,根据反馈的其转速差估计值进行控制,以保证车辆在直线上行驶时左右车轮同步,在曲线上行驶时左右车轮转速差合理。根据采用独立车轮的低地板轻轨车辆动力学方程,运用MATLAB/Simulink软件建模对该方案进行仿真验证。结果表明:采用该方案的车辆在直线上行驶时左右车轮同步,而且具有恢复自导向的能力;在曲线上行驶时通过控制左右车轮的转速差,能够使轮对几乎沿轨道中心线运行,横移量小于1mm,冲角接近于0,且因导向控制而消耗的电机功率不超过250W。

四轮轮毂电机电动汽车横摆力矩变论域模糊控制研究

针对四轮轮毂电机电动汽车横摆力矩控制,研究了基于变论域模糊控制理论的横摆力矩决策方法和基于规则分配的驱动力分配方法。横摆力矩控制采用分层控制方法,设计了基于变论域模糊控制理论的横摆力矩控制器和驱动力分配器。变论域模糊控制器根据车辆横摆角速度期望值和实际值决策出所需的附加横摆力矩,并通过规则分配方法进行驱动力分配实现。应用Matlab/Simulink与Car Sim联合仿真对控制方法进行了仿真实验验证。结果表明:基于变论域模糊的横摆力矩控制方法相对于无控制能够使轮毂电机电动汽车较好地跟踪期望,有效提高电动汽车行驶稳定性。

基于轮毂电机驱动的山地林果茶园轮式运输车设计与试验

针对南方丘陵山地林果茶园复杂的地形地貌特点,在集中式电机驱动运输车基础上,开发了以轮毂电机驱动的山地林果茶园运输车;该运输车以36 V铅酸蓄电池为能源,采用双后轮独立驱动方式并具备电子差速转向系统。运输车最大爬坡度、续驶里程试验、差速及制动性能等关键指标性能试验结果显示:运输车满载最大爬坡度为15°,最小转弯半径为2395 mm,空载和满载状态下以常用车速20 km/h行驶时平均里程分别可达66.97和46.33 km;满载时运输车分别以初速度25、20、15、10 km/h行驶时的紧急制动距离分别为5.83、4.11、2.68、1.57 m,试验值与理论值的最大相对误差为8.2%;运输车还具备良好的差速转向性能。

国外电动车用轮式电机驱动系统的研究动向

随着对能源和环境要求的提高,电动车的发展日益受到世界的关注。该文在综述电动车用轮式电机系统的基础上,提出了适合电动车用轮式电机及其驱动系统的特点和要求;对国际上重点研究的高转矩过载能力,高效率和功率密度的实现,转矩波动的消除和高速扩速等问题进行了系统地分析。

电动汽车用可变磁通外转子轮毂直驱永磁电机研究

针对电动汽车用轮毂直驱电机技术研究现状,提出一种新型外转子结构的可变磁通永磁电机(variable flux permanent magnet motor, VFPMM)。首先提出该电机的结构拓扑,结合钕铁硼(Nd Fe B)永磁体转矩增强和铝镍钴(AlNiCo)永磁体磁通可变的特点,分析磁通调节的机理。其次,讨论电机的电磁设计规律,分析和推导永磁体的设计和计算方法,并在此基础上设计1台功率为3 kW的样机。通过有限元仿真,分析设计样机的磁化特性,获得电机的基本运行性能曲线和效率map图,验证所提电机设计的合理性。最后,制作实验样机。研究结果表明:该样机的恒功率调速范围宽,动态性能良好,全局效率较高,满足设计指标要求。

直驱永磁无刷直流轮毂电机参数计算和结构设计

以某款城市微型电动汽车的轮毂电机为研究对象,通过原型样车设计要求计算出永磁无刷直流轮毂电机所需的额定功率、最高转速、额定转矩等主要性能参数。设计的直接驱动的永磁无刷轮毂电机采用悬臂支撑结构,装有电流传感器和温度传感器的电机右侧板和转子支架配合采用唇形密封圈,以保证内部的密封性,对转子支架、支撑轴等核心部件进行约束受力分析、三维建模和强度校核。样机试验表明该轮毂电机的外特性曲线能够满足城市微型电动汽车的使用要求。这对该款结构的轮毂电机产业化过程有一定的借鉴和指导意义。

基于矢量空间纯电动车三自由度建模与验证

建立电动车运动坐标系,利用矢量空间数学工具和刚体力学原理,建立四轮独立转向、四轮独立驱动的电动车运动学数学模型,模型包含了纵向、侧向、横摆3个自由度。同时根据直流无刷轮毂电机的电气特性建立了轮毂电机的数学模型。模型使用了课题组试验车的参数,在相同的油门输入与方向盘输入的情况下,分别做了实车实验与模型仿真实验,采集两组实验输出的速度、横摆角速度、质心侧偏角数据。通过比较试验车与仿真模型输出的数据验证了数学模型的准确性。利用已经建立的数学模型,研究高速状态下后轮转角对电动车的横摆角速度和质心侧偏角的影响,从实验结果可以看出,实施对后轮转角的控制可以有效改变电动车的横摆特性和质心侧偏角特性。此外,论文对模型的局限性进行了分析,明确该数学模型适用的场合以及使用该模型时应注意的事项。

一种新的四轮独立转向独立驱动的电动车建模

根据刚体力学原理,利用试验车实际参数,提出一种基于矢量空间的四轮独立转向、四轮独立驱动的电动车建模方法.在相同的方向盘输入和电油门输入的情况下,分别采集模型仿真与实车实验输出的速度、横摆角速度、质心侧偏角数据,通过2组数据的比较验证了数学模型的准确性.利用建立的数学模型,分析高速状态下后轮转角对电动车的质心侧偏角和横摆角速度的影响.从试验结果可以看出,实施对后轮转角的控制可以有效改变电动车的质心侧偏角特性和横摆特性.

纯电动汽车轮毂电机直驱系统的研究进展

简要介绍了轮毂电机驱动系统的概念和特点,综述了轮毂电机系统在电动汽车上的应用和发展现状,针对轮毂电机系统的关键技术问题进行了对比分析,提出了未来轮毂电机驱动系统的发展方向。