2009届机械电子工程专业毕业设计
第2章 电子差速器整体结构论述
2.1机械差速系统结构原理
汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一套专设的机构，使汽车转向桥上的转向轮相对汽车纵轴线偏转一定角度。
在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系。汽车行驶方向的改变是通过改变差动轮的偏转角来实现的。此外汽车在直线行驶时，差动轮也会受到路面的侧向干扰力，而自动偏转，改变行驶方向，驾驶员即可通过转向系来恢复汽车的行驶方向。
汽车在转弯时，内侧与外侧车轮，在同一时间内所滚动的行程是不相等的。此外，即使汽车在作直线行驶，也往往会由于左右两侧车轮在同一时间内所滚动的路面起伏程度不同，或者左右车轮气压、轮胎负荷等因素引起车轮内外径不等，也会产生车轮行程不等。若两侧车轮行程不等，但采用一根整体式驱动车轮轴，会使某一驱动车轮产生滑移或滑转。其结果不仅会使轮胎过早磨损，而且消耗燃料，会使汽车的经济性变坏，转向沉重等弊端。为了消除这些弊病，普通汽车左右驱动轮之间都装有轮间差速系统。
图2.1显示了典型的机械差速系统的结构，差速系统的行星齿轮绕各自的轴旋转，从而使两个半轴齿轮能以不同的转速旋转。
图2.1 机械差素系统结构图
汽车转弯时车轮的轨迹是弧线，这时候处于圆弧内侧的轮子和处于外侧的轮子所走过的距离是不等的，这就需要用不同的转速来弥补这个的差异，它是通过
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张森：汽车电子差速及其控制方法设计
一个行星齿轮机构来完成的。 因此机械差速器要求满足这样一个基本的等式：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。
2.2电子差速器的设计原理
采用电子差速的方法，不再需要机械差速齿轮，其差速功能主要由软件完成。对四个驱动轮的转速进行精确地计算，再由电子差速控制器对四个驱动电机转速进行独立控制，使每个驱动轮都能独立提供驱动力，可以按需要独立分配功率，相互之间互不干涉。图2.2为电子差速器设计原理图
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图2.2 电子差速器设计原理图
总体思路：
该电子差速器系统包含四个驱动电机和一个转向电机，四个驱动电机分别驱
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动四个车轮，提供前进动力，转向电机提供转向动力。
对于行进功能，控制器发出控制信号，通过驱动器转换、放大后驱动电机工作，电动机通过减速器进行减速增扭，从而获得足够的扭矩，驱动车轮转动。然后通过编码盘，检测到电机的转速，以此作为车速的反馈信号，输入回控制器。这样就建立了车速的闭环反馈系统。
对于转向功能，同样由控制器发出控制信号后，经过驱动器转换、放大驱动转向电机动作，并通过电动机驱动蜗轮蜗杆式转向器，实现转向。编码盘通过检测电机的转过的角度，以此作为转向角的反馈信号，并反馈到控制器的输入端。这样就建立了转向角的闭环反馈系统。
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第3章 驱动电机的选择
3.1电动汽车用电动机性能要求
电动车用驱动电机通常要求能够频繁启动／停车、加速／减速，低速和爬坡时要求高转矩，高速行驶时要求低转矩，并要求变速范围大。其主要参数包括：电动机类型、额定电压、机械特性、效率、尺寸参数、可靠性和成本等。另外为电动机所配置的电子控制系统和驱动系统也会影响驱动电动机的性能。
电动汽车对驱动电机的要求：
1.高电压。在允许范围内尽量采用高电压，可减小电动机的尺寸和导线等装备的尺寸，特别是可降低逆变器的尺寸。
2.高转速。高转速电动机体积小、质量轻，有利于降低电动汽车的整车整备质量。
3较大的起动转矩和较大范围的调速性能。这样使电动汽车有良好的启动性能和加速性能。电动机有自动调速功能，因此可以减轻驾驶员的操纵强度，提高驾驶的舒适性，并且能达到与内燃机汽车加速踏板同样的控制响应
4.效率高、损耗少，并具有制动能量回收功能。电动汽车应具有最优化的能量利用，以在车载总能量不变的情况下最大限度的增加续驶里程，再生制动回收的能量一般可达到总能量的10％-20％，这是在内燃机汽车上不能实现的。
5.可靠性好、耐温耐潮强及运行噪声低，结构简单、维修方便及价格便宜。
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3.2 电动汽车驱动电机参数的选择
3.2.1电动机额定功率的选择
电动机的额定功率若选小，电机常在过载下运行，因过热而损坏，不能承受冲击负载或起动困难。额定功率若选得过大，电机常在欠载下运行，其效率及功率因数变差，综合经济效益下降。正确选择电动机功率，应考虑电动汽车最高车速、爬坡、满载加速等性能要求。
从保证汽车预期的最高车速来初步选择电动机应有的功率 ，最高车速虽然只是汽车动力性能的一个指标，但它实质也反映了汽车的加速能力和爬坡能力，
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所选择的电动机功率应不小于汽车在良好路面上以最高车速行驶时的阻力功率之和，即
A3?1?GfCDPe???3600vmax?76140vmax? (3.1)
??式中：
pe为电动机额定功率，kw；
? 为固定速比传动系统的效率；
G为整车总重量，N；
f为滚动阻力系数；
maxv为最高车速，km／h；
CA
D为空气阻力系数； 为车辆迎风面积，m2
参考现有电动汽车参数取：
??0.90，G=1.5x104N，f=0.015,Vmax=100,CD=0.30,A=2带入公式(3.1)， 计算得Pe=14.1kw
3.2.2电动机额定转速的选择
额定功率相同的电动机，额定转速高时，其体积小、重量轻、价格低、效率和功率因数较高，且可减少实际运行中整车的机械损耗，也可为控制系统提供较大的调速范围。但在汽车的行驶速度一定时，额定转速越高，则传动速比大，有可能加大减速器的速比和尺寸。因此，电动机额定转速的选择应综合考虑以上因素。现根据常规车速确定电机额定转速，根据公式
n式中：
N?i?ui?goN0.377?r （3.2）
nigN电机额定转速，r／min；
传动比； 主减速比；
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