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1、 中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院：机械与动力工程学院专 业：车辆工程设计题目：电动车辆电子差速系统设计指导教师:2017年 3 月 10 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则
2、的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如0201140102,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1 选题依据：1.1 国内外研究现状随着全球环境污染和能源紧缺，电动汽车凭借无污染、耗能低，近几年得到发展。 其中轮毂电机驱动电动汽车因结构布置简单，传动效率高，很好实现了整车轻量化目标，并且以
3、其各驱动轮独立可控，具有较大的灵活性和较好应用前景，受到了更广泛关注。 传统汽车采用机械差速装置实现汽车行驶时左右轮之间的差速，而轮毂电机驱动电动车采用的是轮毂电机直接驱动车轮，没有机械差速装置。轮毂电机驱动电动汽车在转向行驶时需要单独的控制器对车轮的速度进行控制，电子差速器应运而生。由于电子差速器取消了转向盘与车轮之间的机械连接，摆脱了传统转向系统的各种限制,给汽车转向特性的设计带来巨大空间等众多优势，因此很多国内外学者对其进行研究1。 目前，其差速系统的研究可分为两个方向：一个方向集中于自适应差速的特殊电机的设计上；另一个方向集中于应用基于各种控制理论的差速控制策略的电子差速系统调节电机的
4、研究上2。 1990年Benz Company研发前轮利用电控转向的系统，将这个系统用在400Carving。其他汽车厂家也深入研究这种系统，现在有些汽车公司研发出了利用电控转向的系统，有些国外有名汽车公司已经在概念车上采用了此系统。国外的Ju-Sang Lee等人基于Ackermann转向模型，在电子转向设计过程中，对于解决转弯时转向与车轮转速的非线性关系，研讨出利用有学习功能的控制方法来学习转弯时的非线性关系，为整个系统提供更符合实际的车轮目标转速。Tabbache等人基于Ackermann转向模型获得内外轮转速的目标值，再采用PI控制算法对驱动轮转速进行闭环控制。Cordeiro等人针对
5、两后轮独立驱动的电动车模型，根据电机的动态方程，用电机的电压和电流值估算车轮转速，并用滑模控制闭环控制转速，使转速达到由Ackermann转向模型获得的目标转速。Farzad Tahami等人在一个四轮独立运行的电动汽车模型上，开发了模糊逻辑驾驶员辅助稳定系统控制汽车的横摆力矩，用神经网络计算出车的目标横摆加速度，并利用通过传感器获取的数据对车速进行估算。Yee-Pien Yang等人在两后轮独立驱动的电动车上，提出了包含内外两层的控制策略，外层控制车辆的横摆运动，内层对驱动轮转矩自适应控制。中科院研究两个电机驱动的电动汽车，以自由轮转速和驱动防滑为控制，在Ackermann转向模型下确定了在
6、理想状态下车轮驱动和制动中转矩变化的条件。同济大学的四轮电子差速转向控制系统中提出的电子差速控制系统，能使车轮在行驶过程中与地面作纯滚动，避免车轮发生滑转和滑移，减小车轮与地面之间的摩擦，这样可以使轮胎使用时间更长，同济大学的春晖系列的3号就使用了电子差速转向的方案34。综合上述研究，国内外的电子差速控制系统的主要方法有:(1) 基于转速的控制。(2) 基于转矩的控制。将总输入转矩和方向盘的转角作为输入量，根据不同的路面状况计算出各个驱动轮的滑转率，控制滑转率在最佳滑转转率处，并采用PI、最优控制等控制算法对转矩进行合理分配5。 电动汽车发展到现在，它的结构主要有两种，一种是将传统内燃机的发动
7、机换成电动机，这种结构的电动车用传统的机械差速器就可以转向；另一种结构是汽车的每一个驱动轮都安装一个电机进行驱动，相互之间没有机械连接，所以就需要通过电控的方式进行控制，即要研究的电子差速控制系统6。1.2 设计内容电子差速器要实现车辆直线行驶时，驱动车轮线速度相等，通过车轮转速传感器测量速度，将信号送入中央处理器，中央处理器比较左右两轮的转速，并通知电机控制器，使左右车轮速度一致，且保证左右两车轮滚过相同的距离；车辆转向行驶时，欲使轮胎不发生滑移，需要保证驱动车轮相对旋转中心的角速度相等，根据方向盘给定的转角、路面状况和车轮实际转速，中央处理器进行计算，将两轮所需的转速信号传送给电机控制器实
8、现对左右两车轮的差速控制78。1.2.1课题研究基本内容(1) 研究如何建立电动汽车动力学模型。因为研究没有试验车进行验证，要观察控制系统有没有达到效果只能进行仿真，仿真就必须建立汽车模型。建立的汽车模型要能反应汽车在实际行驶中的状态。整车模型建立的好坏直接影响到控制器的效果，它是研究的基础。a) 分析电动汽车的结构。b) 针对模型，构建控制的差速机构。c) 保证汽车操纵稳定性下电子差速控制。d) 试验系统。(2) 研究汽车行驶过程中，状态参数如何获取。汽车行驶环境是复杂多变的，很多因素都会影响到汽车的状态参数。有些参数可以直接测量，但有些参数不能测量，就需要设计模块对部分重要的参数进行大致计
9、算。特别是对路面的峰值附着系数的获取非常重要。 (3) 研究电子差速系统的控制为了使整个系统不受外界的干扰和系统自身参数变化的影响，研究釆用滑模变控制的控制算法，需要对滑模变控制算法进行研究，精确地进行控制。控制器主要是控制汽车驱动轮的转矩，研究如何更好更合理的分配驱动轮转矩，使汽车行驶稳定。分为差速系统数学模型，差速控制系统模型的建立，差速系统硬件电路的设计。a) 四轮差速控制，包括控制模型，控制变量和控制策略。b) 二轮差速控制，包括控制模型，控制变量和控制策略。(4) 研究在软件模拟环境中建立模型，然后利用控制系统进行仿真，最后比较实际效果.1.2.2 课题研究的技术内容。 (1) 分析
10、汽车运动学公式。 (2) 对于汽车行驶理想模型中涉及到的汽车状态参数，有些参数可以实际测量。 (3) 将汽车的横摆角速度和质心侧偏角作为控制变量，控制的目标是追踪汽车理想模型。 (4) 在软件环境中建立汽车实际状态参数计算模块和电子差速系统模块913。1.3 课题实用价值和意义 随着电子、自动控制、电气技术的发展,汽车控制与各种技术的结合成为各个汽车研究机构越来越重视的发展热点。结合电机控制驱动系统,电动汽车的智能化控制使传统汽车利用电气技术所期望达到的各种电气性能得以实现。电子差速,简称是完全采用电控方式控制各个车轮的转速,使车轮以不同速度转动,不但达到转向的目的,同时保证车轮不发生滑动或者
11、滑移,作纯滚动运行14。 电子差速是一种全新概念的汽车电子转向系统。它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。电子差速控制系统,完全摆脱了传统转向系统的各种限制,不但可以自由设计汽车转向的力传递特性,而且可以设计汽车转向的角传递特性,给汽车转向特性的设计带来无限的空间,是汽车转向系统的重大革新15。参考文献： 1 孙明江,段敏,李刚.轮毂电机驱动电动汽车电子差速器仿真研究J.农业装备与车辆工程，2015,53(2):12c2 祁炳楠,张利鹏.车辆电驱动系统构型特点与发展形势J.汽车科技,2009,3(5):1113
12、3 曹秉刚,张传伟,白志峰等.电动汽车技术进展和发展趋势J.西安交通大学学报,2004,38(1):15 4 宁国宝.电动汽车轮边系统的发展J.上海汽车,2006,11(1):36 5 张成宝,吴光强,丁玉兰等.汽车驱动防滑的控制策略研究J.汽车工程,2000,22(5):3243286 黄斌,吴森,曹正策. 电动轮驱动车辆电子差速技术研究J.武汉理工大学学报,2013,35(6):1351367 赵艳娥,张建武. 轮毂电机驱动电动汽车电子差速系统研究J.系统仿真学报,2008,20(18):12138 万钢,陈辛波,沈勇等.四轮电子差速转向控制系统P.中国:02136498.2,20049
13、方遒,黄展华,谢丽萍. 轻型电动汽车电子差速器设计J.厦门理工大学学报,2010,18(4):242610 李会.电动汽车电子差速系统研究D.硕士学位论文.武汉:武汉理工大学,201311 王智秀,周波. 电动四轮转向汽车电子差速问题研究J.北京汽车,2010,3(4):121412 王哲. 双轮直驱电动汽车电子差速控制的研究D.硕士学位论文.辽宁:沈阳工业大学,201113 陈玉,李声晋,卢刚等. 两轮毂电动机小车电子差速系统研究J.微特电机,2010,5(3):232414 陈善华,魏宏,李文辉等.汽车电子转向技术发展与展望J.汽车技术,2004,1(1):1715 高时芳. 四轮独立驱动
14、电动汽车的电子差速系统研究D.硕士学位论文.陕西:西北工业大学,2006 毕 业 设 计 开 题 报 告设计方案：2.1 研究的具体内容 (1) 分析汽车运动学的公式。 (2) 建立汽车运动学模型。 (3) 获取汽车运动过程中参数。 (4) 控制汽车驱动轮的转矩，研究了如何更好更合理的分配驱动轮转矩，使汽车行驶稳定。 (5) 在软件环境中模型，用控制系统进行仿真，最后比较实际效果。2.2 研究采用的方法 建立汽车整车模型，根据运动学模型，设计出基于转矩控制的电子差速器。再在Matlab/Simulink建立电动汽车电子差速器仿真模型，通过仿真，进行分析。最后完成说明书。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日附件：参考文献注释格式学术期刊 作者论文题目J期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于3人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰,胡征,景苏等. 纳米粒子的
