前 言
提到电子差速器，首先要说到电动汽车，随着汽车工业的高速发展．能源危机与环境污染等问题日趋显露，电动汽车和混合动力汽车的研发得到了广泛的重视。而电子差速作为电动汽车上应用的一项新技术，也得到了越来越多的关注和研究。
差速器对于汽车的平稳行驶和转向都起着重要的作用，当车辆行驶在转弯路面或弯道时，为了达到转向的目的．车辆转向时内外轮应当具有一定的速度差，即差速， 其目的是为了在车辆转向时使车轮线速度能与该车的轮心速度相协调，以避免因车轮拖滑或滑转而导致的功率循环不平衡或者汽车不能正常行驶的问题。当汽车转弯时，例如左转弯，圆心在左侧，在相同的时间内右侧车轮要比左侧车轮走过的轨迹要长，所以右侧车轮转的要更快一些。要达到这个效果，就得通过差速器来调节。
传统的机械差速器由行星齿轮、行星轮架（差速器壳）、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器，直接驱动行星轮架，再由行星轮带动左、右两条半轴，分别驱动左、右车轮。差速器的设计要求满足：（左半轴转速）+（右半轴转速）=2×（行星轮架转速）。当汽车直行时，左、右车轮与行星轮架三者的转速相等处于平衡状态，而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏，并通过半轴反映到半轴齿轮上，迫使行星齿轮产生自转，使外侧半轴转速加快，内侧半轴转速减慢，从而实现两边车轮转速的差异。
电子差速器则不再需要机械差速齿轮，其差速功能主要由软件来完成。它是在建立模型分析的基础上，得出各驱动轮满足的速度关系，进而通过控制器，实施电子控制。电子差速器通过控制驱动电机的转速来实现对驱动轮转速的控制，使控制精确灵活的同时降低了机械传动损耗，因此在电动汽车上有广阔的应用前景。
目前国内的电子差速器的产品还比较少，主要是理论研究，重点在于控制算法即电子差速控制策略的研究。目前的研究均建立在ACKERMANN —JEANTAND 模型的基础上，采取的控制方法有模糊控制，神经网络控制，和自适应控制等，在建模和仿真实验中均达到了比较理想的效果。研究中也存在一些问题，主要是ACKERMANN —JEANTAND 模型的局限性，该模型的分析是建立在比较理想的假设
条件的基础上的，没有考虑轮胎的影响，忽略了轮胎转弯时的离心力，没有考虑已经发生滑移、滑转的运行状态，并且只进行了静态分析，因此这些理论成果距离到真车的应用还有一段距离。今后对于电子差速的研究应该着眼于，建立更加完善的控制模型，综合考虑各种实际因素，使控制更加合理化，更加智能化。同时应该合理选择控制器，使其充分发挥控制功能的同时，降低控制能本。
本设计的主要内容包括了驱动电机的选择，减速机构的设计，硬件电路设计，和电子差速控制方法的研究。通过计算电动汽车运行所需的功率，进而查阅资料对各种电机进行对比，最终选择永磁无刷直流电机为驱动电机。由于电机的转速很高，扭矩比较小，为了使车轮获得足够大的扭矩，在电机和车轮之间设置了减速装置。该电子差速系统包括主控电路，电机驱动电路，信号反馈装置。文中对硬件电路的设计和电子差速控制方法都做了详细的阐述。
为了完成该设计，查阅了大量的资料，也吸收了很多科学、前卫的观点，使本设计得到了完善。本设计中包含机械设计的内容，体现在减速装置的设计部分，在硬件电路的设计中也包含了很多电路，电力电子，单片机等电子方面的内容，很好地体现了机与电的结合。当然设计中也存在很多漏洞和不足，该设计是建立在真车的数据基础上，由于条件的不足和缺少仿真环节，不能够清楚的知道该差速控制的控制效果。所以殷切的希望各位老师对本设计的内容、结构及疏漏错误之处给予批评、指证。
目 录
摘要 ............................................................... I Abstract .......................................... 错误！未定义书签。 第1章 绪论 ........................................................ 1 1.1为什么要发展电动汽车 ......................................... 1 1.2电动汽车的发展简史 ........................................... 2 1.3电子差速器在电动汽车上的应用 ................................. 3 第2章 电子差速器整体结构论述 ...................................... 5 2.1机械差速系统结构原理 ......................................... 5 2.2电子差速器的设计原理 ......................................... 6 第3章 驱动电机的选择 .............................................. 8 3.1电动汽车用电动机性能要求 ..................................... 8 3.2 电动汽车驱动电机参数的选择................................... 8 3.3电动汽车驱动电机性能比较 .................................... 10 3.4蓄电池的选择 ................................................ 11 第4章 减速机构设计 ............................................... 13 4.1传动比的计算 ................................................ 13 4.2齿轮的设计 .................................................. 13
4.2.1齿轮参数选择与设计 .................................... 13 4.2.2齿轮强度校核 .......................................... 16 4.2.3校核齿根弯曲强度 ...................................... 17 4.3轴的设计 .................................................... 18
4.3.1选择轴的材料和热处理方式 .............................. 18 4.3.2最小轴径估算 .......................................... 18 4.3.3轴结构设计 ............................................ 19 4.3.4轴的强度校核 .......................................... 20 4.4联轴器的选择 ................................................ 23 4.5齿轮的润滑 .................................................. 23 4.6轴承键的选择 ................................................ 24 第5章 硬件电路设计 ............................................... 25 5.1控制器芯片介绍 .............................................. 25
5.1.1 89C51单片机芯片内部逻辑结构介绍 ...................... 25 5.1.2 89C51单片机引脚排列及功能 ........................... 27 5.1.3时钟电路的设计 ........................................ 29 5.1.4复位电路的设计 ........................................ 30 5.2 驱动电路的设计.............................................. 30
5.2.1驱动控制原理图 ........................................ 31 5.3传感器的选择和测速原理 ...................................... 32
5.3.1霍尔传感器的工作原理 .................................. 33 5.3.2霍尔传感器的测速原理 .................................. 33 5.3.3编码器的工作原理 ...................................... 34 5.3.4编码器的测速原理 ...................................... 34 5.3.5程序设计 .............................................. 35
第6章 电子差速控制方法研究 ....................................... 37 6.1电子差速模型分析 ............................................ 37 6.2 电子差速实现方式............................................ 38
6.2.1四轮转速协调控制 ...................................... 39 6.2.2 加减速运行............................................ 39 6.2.3 总体转向控制.......................................... 40
结束语 ............................................ 错误！未定义书签。
2009届机械电子工程专业毕业设计
摘 要
以四轮独立驱动电动车的研究为背景，设计了一种基于89C51的电子差速
控制系统。在分析了ACKERMANN 和JEANTAND模型以后，提出了控制方案，并画出了程序流程图和硬件电路的设计。本文包括减速机构设计、电子差速系统设计，本系统设计思路清晰，控制方法有效，为今后进一步开发电动汽车电子差速系统提供了依据。
关键词：电动汽车,电子差速,控制方法,闭环反馈
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