電動車輪構(gòu)型分析與結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、電動汽車作為唯一能達到零排放的機動車越來越受到人們的歡迎,電動車輪也稱為電動輪技術(shù)作為電動汽車的一個重要的發(fā)展方向,特別是由外轉(zhuǎn)子輪轂電機直接驅(qū)動車輪行駛的電動車輪,將動力傳遞機構(gòu)最大程度的進行了簡化,動力得到了高效的傳遞;將整車的動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到車輪空間內(nèi),大大提高了車內(nèi)可利用空間;永磁同步電機技術(shù)的發(fā)展為電動車輪車輛提供了高功率密度的輪轂電機;通過線控技術(shù)對電動車輪內(nèi)電機的控制,可以使車輪對控制的響應(yīng)更為迅速,也為實現(xiàn)四輪獨立控制策略

2、提供了更多的可能。但是將整車動力系統(tǒng)從車身移至車輪內(nèi),不僅存在輪內(nèi)結(jié)構(gòu)布置空間緊張的問題,而且動力系統(tǒng)的安裝使車輪部分質(zhì)量增加,車身與車輪的質(zhì)量比降低,將造成車輛平順性降低、車輪動載荷變大、道路友好性和行車安全性降低等車輛垂向負(fù)效應(yīng)問題,這也正是當(dāng)前電動車輪驅(qū)動車輛研究需要解決的關(guān)鍵問題。為了實現(xiàn)電動車輪內(nèi)驅(qū)動、制動、傳動及連接裝置在電動車輪內(nèi)合理布置,有效利用輪內(nèi)空間,設(shè)計出能夠驅(qū)動車輛高速、穩(wěn)定、安全且輕量化的電動車輪,本文結(jié)合電動

3、車輪驅(qū)動的電動車輛懸架構(gòu)型的分析,深入的研究了電動車輪結(jié)構(gòu)。
　　分析輪轂電機不同安裝方式得到的電動車輪車輛動力學(xué)構(gòu)型,證明了輪內(nèi)懸浮電機是解決電動車輪驅(qū)動車輛垂向振動惡化問題的最佳動力學(xué)構(gòu)型。研究輪轂電機質(zhì)量增加對車輛平順性造成的影響,系統(tǒng)的分析并對比由電動車輪不同安裝方式得到的車輛懸架構(gòu)型及其動力學(xué)微分方程。根據(jù)輪轂電機作為動力吸振器,對整車起減振作用時受到輪內(nèi)空間限制這一實際情況,提出相對車輪的垂向運動量作為不同懸架構(gòu)型參數(shù)

4、優(yōu)化的約束條件,得到將輪轂電機和制動器在車輪內(nèi)懸浮的電動車輪最優(yōu)的懸架構(gòu)型,并通過對比驗證:本文優(yōu)化計算得到的采用最優(yōu)構(gòu)型的電動車輪車輛不僅可以解決輪轂電機引入造成的簧下負(fù)效應(yīng)問題,而且可以得到比原車的更優(yōu)的平順性和安全性。
　　提出基于最優(yōu)控制算法的輪內(nèi)主動減振系統(tǒng)來減小電機和車輪之間相對位移。綜合考慮輪轂內(nèi)部空間限制、車輛行駛工況變化以及車身簧上簧下質(zhì)量比不固定等因素,發(fā)現(xiàn)在有限的輪內(nèi)空間中,輪轂電機所占空間與其相對車輪垂向運

5、動位移相互制約,本文又以保持車輛的平順性性能不降低為基本要求,以減小輪轂電機相對車輪的垂向位移為目標(biāo),對輪內(nèi)主動減振系統(tǒng)進行了研究,目的是降低電動車輪內(nèi)結(jié)構(gòu)對空間的要求。經(jīng)過驗證:電動車輪在主動減振系統(tǒng)的作用下,不僅保證了車輛的平順性,而且大大降低了減振過程中輪轂電機相對車輪的位移,即降低了輪內(nèi)減振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對輪內(nèi)空間的要求,另外因主動減振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡便可以減小輪內(nèi)減振系統(tǒng)所占空間,并可以通過控制算法的調(diào)整適應(yīng)電機、車輪及車身質(zhì)量變化,避免

6、因剛度、阻尼設(shè)計需求變化造成減振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重新設(shè)計匹配。
　　發(fā)明了一種新型高速電動車輪。根據(jù)最佳動力學(xué)構(gòu)型將輪內(nèi)電機由簧下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為輪內(nèi)動力吸振器來提高車輛平順性的原理,采用彈簧阻尼機構(gòu)將環(huán)形電機和制動器懸浮在車輪內(nèi),采用十字滑塊傳動裝置實現(xiàn)電機與輪轂間的等速傳動,解決了輪內(nèi)懸浮電機的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)問題,滿足高速行駛要求的同時,改善整車平順性和操穩(wěn)性。根據(jù)電動車輪車輛對輪轂電機的需求和對不同特點電機的比較,確定外轉(zhuǎn)子永磁同步電機作為電動

7、車輪驅(qū)動電機,并根據(jù)汽車?yán)碚撚嬎闩c車輛動力型匹配的電機性能,采用場路結(jié)合的方法分析了輪轂電機關(guān)鍵參數(shù),通過對電機進行仿真分析和試驗臺驗證,電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速滿足車輛的動力性需求。
　　對電動車輪的輕量化設(shè)計從三個方面進行了研究,首先利用電機設(shè)計分析軟件,經(jīng)過分析和對比優(yōu)化出滿足車輛動力性,質(zhì)量減小9kg的輪轂電機電磁方案;然后根據(jù)現(xiàn)有電機殼體、制動盤和傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)果,采用鋁合金材料來對電機殼體和傳動機構(gòu)進行重新設(shè)計,可使