电动车辆电子差速系统设计说明书【2024版】

中北大学2017届毕业设计说明书 可编辑修改精选全文完整版电动车辆电子差速系统设计摘要随着能源危机和环境污染问题的加重,传统燃油汽车的发展受到了限制,电动汽车的崛起和研究越来越被人们重视。电动汽车由于无污染、耗能低,近几年得到了迅速发展,电动汽车是解决问题最有效的途径。其中,轮毂电机驱动电动车由于结构布置简单,传动效率高,减轻了汽车质量,汽车内部空间充足,各个驱动轮能够独立控制,具有较大的灵活性和应用前景而被关注。汽车在转弯的时候,各驱动轮行驶距离不同,传动汽车通过机械差速的方法控制驱动轮速度,轮毂电机取消了转向盘和转向车轮之间的机械连接,只是接收转向控制指令,使用电子线路控制实现转向时内外车轮之间的速度差,实现转向。这就是我们本论文研究的电子差速系统。为了验证研究的电子差速系统的有效性,需要建立一个反应汽车运动状态的整车模型,便是汽车动力学模型,忽略悬架特性,包括汽车纵向、侧向、横摆三个自由度。得到了电动汽车整车动力学方程,并且进行了分析。电动车在实际运动过程中,车轮会变形或者滑动影响轮胎与地面之间的作用力,分析了汽车轮胎模型,使整车模型能够更好反应汽车实际运动。研究了双后轮轮毂电机驱动电动汽车的驱动系统,选择电机和电机参数计算和轮毂电机的设计,并且研究了电子差速控制系统,采用滑模变结构控制驱动轮转矩,同时考虑到驱动轮物理限制,实现了对左右驱动轮输出力矩的合理分配。当输入的总力矩过大或者路面附着系数低的时候,确定了最佳滑转率。通过MATLAB/Simulink平台,实现了电子差速控制系统的设计,对汽车电子差速进行了仿真研究,验证了电子差速系统的有效性。关键词:电动汽车,轮毂电机,电子差速,滑模控制,滑转率AbstractWiththedevelopmentofenergycrisisandenvironmentalpollution,thedevelopmentoftraditionalfuelvehicleshasbeenlimited,andtheriseandresearchofelectricvehicleshavebeenpaidmoreandmoreattention.Electricvehicleshavebeendevelopingrapidlyinrecentyearsbecauseofnopollutionandlowenergyconsumption.Electricvehiclesarethemosteffectivewaytosolvetheproblem.Thewheelmotordriveelectricvehicleduetothestructureofsimplelayout,hightransmissionefficiency,reducethequalityofthecar,thecarinteriorspaceisenough,eachdrivingwheelcanbecontrolledindependently,withflexibilityandwideapplicationprospectisconcerned.Whenthecarisinaturn,eachdrivingwheeldrivingdistance,drivingthecarthroughthemethodofmechanicaldifferentialcontroldrivingwheelspeed,wheelmotortocancelthesteeringwheelandsteeringwheelthemechanicalconnectionbetweenthesteeringcontrol,justreceivedinstructions,controlthespeeddifferencebetweenthesteeringwheelandwhentheelectroniccircuitusedtorealize.Thisisourelectrondifferentialsysteminthisthesis.Inordertoverifytheeffectivenessoftheelectronicdifferentialsystemofthevehiclemodel,theneedtoestablishareactionstateofvehiclemovement,isthevehicledynamicmodel,ignoringthesuspensioncharacteristics,includingvehiclelongitudinal,lateral,yawthreedegreesoffreedom.Thedynamicequationsofelectricvehicleareobtainedandanalyzed.Whentheelectricvehicleisinthecourseofactualmovement,thewheelwilldeformorslide,whichwillaffecttheforcebetweenthetireandtheground.Themodeloftheautomobiletireisanalyzed,sothatthevehiclemodelcanbetterreflecttheactualmovementofthecar.Theresearchondrivingsystemofdoublerearwheelmotordriveelectricvehicle,motorandmotordesignandparametercalculationofwheelmotor,andstudiedtheelectronicdifferentialcontrolsystem,theslidingmodevariablestructurecontrolthetorqueofthedrivingwheel,drivingwheelandconsideringthephysicalconstraints,thereasonabledistributionoftheoutputtorqueofthedrivingwheelaround.Whentheinputtotaltorqueistoolargeorthecoefficientofroadadhesionislow,theoptimumslipratioisdetermined.ThroughtheMATLAB/Simulinkplatform,thedesignofelectronicdifferentialcontrolsystemisrealized.Thesimulationofvehicleelectronicdifferentialiscarriedouttoverifytheeffectivenessoftheelectronicdifferentialsystem.Keywords:electricvehicles,wheelmotors,electronicdifferential,slidingmodecontrol,slipratio中北大学2017届毕业设计说明书)其中,分别是驱动轮驱动力矩增加或者减少的两侧;是增加或者减少的转矩,[18]。5.4本章小结论文本章对电子差速器控制系统进行了研究和分析,采用滑模结构控制的方法,把电动汽车实际的质心偏侧角和横摆角速度跟踪到了理想模型。而且还研究了纵向力和侧向力与路面附着系数、纵向附着系数和侧向附着系数与轮胎滑转率的关系。并且对驱动轮的驱动转矩进行了分配和控制。6电子差速器系统的仿真和分析6.1仿真软件的介绍本论文采用的仿真软件为MATLAB。MATLAB(矩阵实验室)是MATrixLABoratory的缩写,是一款由美国TheMathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外,MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言(包括C,C++和FORTRAN)编写的程序。尽管MATLAB主要用于数值运算,但利用为数众多的附加工具箱(Toolbox)它也适合不同领域的应用,例如控制系统设计与分析、图像处理、信号处理与通讯、金融建模和分析等。另外还有一个配套软件包Simulink,提供了一个可视化开发环境,常用于系统模拟、动态/嵌入式系统开发等方面。主要包括MATLAB和Simulink两大部分,MATLAB应用非常之广泛!建立仿真模型,就是利用物理和数学关系建立模型。仿真就是把搭建的模型类比或者模仿成真实模型,来寻找研究对象与一些参数之间的关联和规律。本论文采用仿真可以更好的研究电动汽车电子差速器系统,当某些参数发生变化的时候,通过仿真可以清晰的看到参数变化对汽车产生哪些影响,从而达到优化汽车性能的目的。6.2电子差速器系统仿真模型的建立在MATLAB/Simulink平台下建立电子差速器仿真模型,如下图[19]。图6.1电子差速器仿真模型6.3车辆仿真模型的主要参数汽车满载质量m1860kg汽车质心到前轴的距离a1.6m汽车质心到后轴的距离b1.7m前后轴之间的距离B1.6m驱动车轮滚动半径R0.34m汽车质心到地面的高度0.6m侧倾的中心到地面高度0.25m横摆转动惯量2500侧倾转动惯量500前轴侧倾刚度30000Nm/rad后轴侧倾刚度20000Nm/rad前轴侧倾阻尼2000Nm/rad空气阻尼系数0.5汽车迎风面积A1.5车轮转动惯量2空气密度1.2电机最大转矩500Nm折算到电机的转动惯量2.1滚动阻力系数f0.0144表1车辆仿真模型参数表6.4仿真结果图6.2横摆角速度仿真图图6.3向心加速度仿真图图6.4转向半径仿真图图6.5质心侧偏角仿真图图6.6左后轮滑转率仿真图图6.7右后轮滑转率仿真图图6.8左后轮电机转矩仿真图图6.9右后轮电机转矩仿真图图6.10左右驱动轮论速仿真图图6.11后轮纵向力仿真图6.5仿真结果分析上面显示了在MATLAB/Simulink平台下仿真结果。从图(a)到(b)可以看出,给方向盘一个转角,在电子差速器系统控制下,车辆经过调整,横摆角速度、向心加速度、转向半径和车身侧偏角都达到了稳定状态;从图(e)和(f)可以看出,电动汽车滑移率控制在0.18左右,避免了电动汽车在转向过程中车轮发生滑移现象;从图(g)和(h)可以看出,电机转矩一个范围内波动,由于汽车向左转向,右驱动电机的转矩要大于左驱动电机的转矩;从图(i)可以看出右侧驱动轮的转速要大于左侧驱动轮的转速;从图(j)可以看出右侧驱动车轮的纵向力大于左侧驱动车轮的纵向力。设计的电子差速器系统很好的实现了电子差速的功能[20]。6.6本章小结本章首先介绍了MATLAB软件,然后在Simulink平台下建立了电子差速器仿真模型,得到仿真结果并进行了分析。7总结与展望轮毂电机驱动电动汽车以其独特的优势成为目前电动汽车发展的一个方向。本论文深入研究了后轮轮毂电机驱动电动汽车电子差速系统。首先查阅资料了解了电子差速国内外研究,后轮轮毂电机驱动电动汽车的结构。忽略悬架特性,建立了汽车三个自由度动力学模型,根据整车动力学模型得到整车动力学方程和纵向、侧向和横摆方程,还分析了车轮动力学模型和电机方程。最后分析了轮胎模型。接下来获取和计算参数。汽车纵向、侧向车速,汽车质心偏侧角和汽车前后轴侧偏刚度。在汽车二自由度模型下,计算汽车前后轴侧偏刚度和汽车驱动轮的驱动力,汽车驱动轮垂直载荷,附着系数和滑转率。研究了双后轮轮毂电机驱动系统,在汽车纵向行驶模型下,选择电机,计算电机参数和电池容量。最后对轮毂电机设计和研究。电子差速控制系统的研究。以车轮滑转率为控制目标,考虑车辆转向过程中轴荷转移和向心力影响,基于滑模控制建立轮毂电机驱动的电子差速控制系统,电子差速系统根据每个车轮的转矩需要合理分配电机驱动转矩。最后进行仿真。建立电子差速仿真模型,结果表明,设计的电子差速系统保证车辆在转向过程中,汽车稳定行驶。本论文还有许多的不足和扩展:(1)本文只考虑了汽车纵向、侧向和横摆的控制方法,其实还存在侧倾和俯仰,有待进一步研究。（2）在某些情况下,需要多个轮毂电机驱动,还要完善对多个电机的控制。

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