轮毂电机设计计算

课题背景基于结构模块化的电动轮汽车底盘设计电动轮动态加载测试平台建设展望轮毂电机的研究开发基于轮毂电机的电动轮模块的设计计算基于轮毂电机的电动轮模块的设计计算同济大学同济大学刘书锋刘书锋陈辛波陈辛波2008.10.102008.10.10¾上海市科委国际国际合作项目“基于电动轮直接驱动的节能型微型电动轿车研究开发”¾上海市科委重大科技攻关项目“氢能微型汽车用轮毂电机及其驱动器的开发”¾国家863电动汽车“燃料电池轿车项目”有关微型电动车的子课题研究任务。课题背景ƒ传统燃油汽车动力传动系统：结构复杂、占用空间大、传动效率不高。内燃机（功率Pm）机械离合器多挡变速箱（效率η1）机械差速器（效率η3）万向传动轴（效率η4）车轮Pw=η1η2η3η4Pm主减速器（效率η2）机械传动效率估算例：设η1=η2=η3=η4=0.93,则Pw=0.75Pm¾汽车驱动方式与传动效率分析驱动电机（功率Pm）主减速器（效率η1）机械差速器（效率η2）双万向节（效率η32）车轮Pw=η1η2η32Pm•机械传动效率估算：取η1=0.93,η2≈0.99,η3=0.98，则Pw=0.88Pm•核心制造业结构：1家电机厂+1家减速器厂+1家球笼万向节厂+整车厂•生产特征：小批量大功率电机的技术和成本、多品种的机械传动零部件体系。ƒ单电机中央集中驱动型，传动链较长：轮毂电机（功率Pm）（减速器,η1）车轮Pw=（η1）Pm•机械传动效率估算：取η1=0.93，则Pw=(0.93)Pm约比单电机大功率集中驱动型式节能约5-12%•核心制造业结构：1家电机厂+整车厂•生产特征：小功率电机的技术和大批量制造的成本优势ƒ四个或二个电动轮分散驱动型：传动链最短电动轮汽车发展的潜在优势:ƒ高效节能、社会生产资源占用较少ƒ整车结构简洁、可利用空间大ƒ驱动电机分散小型化、故障应对能力强ƒ车辆操控性发展潜力好：ABS、TCS、SBW等八轮驱动MPV电动汽车KAZ(2001,KEIOUNIV)：最高时速310公里Eliica(2004,KEIOUNIV)八轮驱动MPV电动汽车Eliica：最高时速370公里ƒ丰田汽车：4WDFCHV“Fine-N”(2003.11TokyoMotorShow)4355×1820×1495，轴距3100）Autonomy(2002)GM,USAKAZ(2001)KeioUniversity,Japan“春晖一号”(获2002上海国际工业博览创新奖)同济大学采用电动轮的一些电动汽车和燃料电池汽车2003年同济大学学生设计试制“春晖二号”底盘系统获全国大学生课外科技实践“挑战杯”一等奖“春晖二号”低速底盘系统设计试制(2003.2-2003.8)国内首辆线控转向四轮驱动FCV“春晖三号”的试制(2004.小型氢燃料电池动力系统参展2004年第六届上海国际工业博览会2005年第七届上海国际工业博览会参展作品“春晖三号-嘉乐”的试制(2005.10)可脱卸式车身新颖别致的外观造型采用CCD后视镜“春晖三号-嘉乐”4WD-EV(2005年第七届上海国际工业博览会参展作品)‰‰基于结构模块化的电动轮汽车底盘设计基于结构模块化的电动轮汽车底盘设计扁平化骨架式底盘结构与可分离的车身按结构模块化的设计思想，通过零车轮前束变化双横臂导向机构的提出，实现了前后轮采用相同结构的双横臂悬架-电动轮模块。PA(0,0,0)BCEJKxD(xD,yD,zDzyh1h22h3l2l3FABCxDyEFz零前束变化的双横臂导向机构(专利号:200310107879.1)ƒ独立悬架系统刚度与阻尼参数分析的解析法•汽车行驶平顺性对悬架刚度kp的要求簧上质量m(kg)簧下质量m1(kg)kpCp式中,f=1∼1.5Hz.式中,相对阻尼比C0=0.25∼0.5(N/m)(N•s/m)ƒ双横臂-扭杆弹簧悬架静力分析及刚度与阻尼特性计算上置扭杆弹簧的刚度KT:上置扭杆弹簧刚度KTƒ减震器阻尼系数计算这样,导出进行双横臂悬架刚度、减振器参数和受力分析的解析式，编制成简明实用的悬架特性分析与设计程序。BL1L2L3yO1O21230α0前方αβS0S0yxO同时,开发视窗式优化设计与分析软件，以方便转向梯形机构优化设计。‰轮毂电机的研究开发提高轮毂电机可靠性与耐久性减轻轮毂电机质量提高轮毂电机与驱动器效率轮毂电机轮毂电机需要解决需要解决的技术问的技术问题题电动轮驱动与制动实用控制技术ƒ轮毂电机参数设计„轮毂电机的参数包括额定扭矩和额定功率，峰值功率和峰值扭矩;„根据整车动力性要求匹配合适的轮毂电机。长*宽*高3300mm*1530mm*1550mm整车整备质量m1000Kg轴距L2350mm轮距B1350mm车轮半径R275mm最高车速120Km/h最大爬坡度20%某电动车的设计参数„以汽车75km/h的时速行驶作为电机额定工况，进行轮毂电机的额定功率估算，汽车所受阻力为F221.15DafwCAuFFFmgf=+=+PFv=取额定功率略大于计算所得的功率PmwmPMω=额定扭矩为：mPƒ设计算例„以最大爬坡度要求估算电机峰值扭矩，取以15km/h爬20%的坡度进行考察。汽车所受阻力为：F以加速性要求估算电机峰值功率。221.15DafwiCAuFFFFmgfmgi=++=++轮毂电机外特性曲线独立悬架-电动轮模块结构设计双横臂悬架结构悬架-电动轮模块结构分析„车辆运行在复杂的外部环境中，电动轮模块的性能和可靠性是整车可靠性环节中非常重要的一环。„根据汽车行驶工况，对轮毂电机和悬架系统进行必要的受力分析和强度刚度计算，并进行结构轻量化设计。名称1个电机4个电机电机额定功率（kW）2.510电机峰值功率（kW）7.530电机额定转矩（Nm）30120电机峰值转矩（Nm）167668电机额定转速（r/min）800800电机最高转速(r/min)12501250某微型电动轿车用轮毂电机试制微型电动轿车用轮毂电机的试制在合作单位密切配合下初步实现了能够模拟电动轮实际载荷状态的电动轮动态加载测试平台方案，已申报实用新型专利1项（专利号:200720074016.2）(上海科委项目06DZ12214资助)。轮毂电机试验台载荷－时间曲线‰电动轮动态加载测试平台建设转速－时间曲线转矩－时间曲线1.需要优化轮边独立电驱动系统结构，研发一体化程度更高的电动轮模块；2.需要研究开发轮边减速式电动轮结构模块；3.需要研究路面工况载荷下电动轮模块的动力学特性；4.需要研究路面工况载荷下电动轮模块的耐用性试验方法和评价标准。展望