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1、 矿用重载车辆电子差速系统设计 摘要：为了降低能源消耗与减小环境污染，新能源电车已成为未来车辆行业发展的主要趋势。国、内外各大汽车生产厂商与科研院所纷纷投入大量的人力、物力、财力来研究、制造电车及其相关的零部件。目前轮毂电机驱动式电车以其简单的机械传动结构，较高的驱动效率，低廉的成本等诸多优点已成为研究的热点。但轮毂电机驱动式电车不能采用传统的机械差速器，来实现车辆的顺利转弯。而电子差速器则可以解决这一问题。同时，文章完成了电子差速系统硬件电路的设计、软件的设计、CAN 通讯协议的设计。最后利用MATLAB/Simulink 仿真软件，模拟仿真分析。通过仿真表明，电子差速控制系统设计合理，差速
2、效果良好。电子差速器的设计，解决了轮毂电机驱动式矿用重载车辆的转向问题。相比于传统的机械差速器，电子差速器避免了复杂的机械传动结构，大大简化了电车的底盘空间。另外，相比于其它的电子差速器，此电子差速器避免考虑路面及转向角度的问题，简化了控制计算方法，提高了控制系统的稳定性，使车辆具有更佳的转弯性能和控制响应。关键词：矿用重载车辆；轮毂电机；自适应；电子差速 Design of electronic differential speed system for heavy duty vehicleAbstract: The new energy vehicle has become the tre
3、nd of the automotive industry in the future, because it can reduces the energy consumption and environmental pollution.Most auto-builder and research institutes have invested a lot of manpower, material and financial to research and manufacture electric vehicles. Recently, the electric vehicle swhic
4、h droved by wheel motor has become the focus to research, because it has a simple mechanical structure, higher drive efficiency, lower cost and many other advantages. But the electric vehicles which droved by wheel motor can not use the mechanical differential,when turning. So the electronic differe
5、ntial is needed to solve this problem.The article analyses the structure and mechanics principle of mechanical differential,also used of the principle of differential under the same force of mechanical differential,put forward a control strategy of electronic differential. The design used a front-wh
6、eel-drive by brushless DC hub motor, and analyses the motors struck and working principle.Through building the mathematical model of brushless DC hub motor, analyses therelation of various parameters, and combined with the speed control system of brushless DC hub motor, designed the speed control pr
7、ogram of electronic differential. In order to establish a more specific electronic differential control model, the article designed the hardware circuit, software and CAN communication protocol. Last the electronic differential control system was simulated by matlab/simulink. The results of the simu
8、lation showed that the design of electronic differential control system was reasonable and electronic differential had good effect on differential.The electronic differential controller solved the problem of the brushless DC hub motor drive can not use the traditional mechanical differential and it
9、also avoided the mechanical differential transmission structure, greatly simplified the electric vehicle chassis space. Compared to other electronic differential, this design do not consider the problem of the road surface and the steering angle, has a easier control calculation method, improves the
10、 stability of the control system, makes the vehicle has a better cornering performance and control response. Key words: vehicle; wheel motor; adaptive principle; electronic differential目 录摘要Abstract目录1绪论11.1文献综述11.2矿用电车的轮毂式的电车的发展现状21.3 电子差速器21.3.1 电子差速器的意义21.3.2 电子差速器的特性31.3.3 电子差速控制方法31.4论文研究的主要内容4
11、1.5小结42 无刷轮毅电机驱动控制的研究52.1 无刷直流轮毅电机的原理52.1.1 轮毅电机的选型52.1.2 无刷直流轮毅电机的驱动原理52.2无刷直流轮毅电机速度控制系统62.2.1电机调速方法及PWM调速控制62.2.2 PID速度控制算法82.3小结93 电子差速控制策略113.1 机械差速器的力学分析113.1.1 机械差速器的结构113.1.2 机械差速器的力学分析113.2 电子差速控制思想123.3 小结134 电子差速系统的设计154.1.1电子差速器的硬件设计154.1.2电子差速系统控制芯片的选择154.1.3功率驱动电路的设计154.1.4 转子位置信号和开关量信号
12、的检测164.2 电子差速系统建模与仿真164.2.1 控制系统建模174.2.2电子差速控制系统建模与仿真184.2.3 电子差速系统仿真195结 论24参考文献25致谢27V1 绪论1.1 文献综述矿用重载车辆从发展最初到现在，它的结构最主要的有两种，一种是将电动机取代传统的内燃机的发动机，这种结构的电车采用传统的机械系统差速器就可以实现转向；另一种结构是电车的每一个可以驱动的驱动轮都安装一个电机进行驱动，它们相互之间没有机械连接，这样就需要通过电子控制的方式进行控制，这样就需要研究电子差速控制系统。从1882年德国西门子公司制成世界上第一台矿用电机车以来，矿用电机车的发展己有130多年的
13、历史了。为减少污染物的排放，节约企业、厂矿、社区等的运营成本，矿用电动车进入厂矿、企业、社区等，矿用电动车辆较大程度地降低了厂矿工人的劳动强度。然而，矿用电动车的转向依靠电子差速器完成，电子差速器系统的设计对矿用电动车的稳定性具有重要的意义。我们可以从以下两方面看到它的发展。1) 国外电子差速器的发展现状电子差速的基础是电子线控转向系统。1990年Benz Company开始着手研发前轮电控转向的系统，并将这个系统开发用在400 Carving上。此时一些车辆厂家也在深入研究这种系统，现在有一些车辆公司研发出了可以利用的电控转向系统，有些国外公司已经在一些概念车上采用了这个电控转向系统。 YO
14、KO技术研究所在日本开发了自己的一种电子转向系统。在对路面上进行制动试验时也能基本保证车辆直线行驶，制动距离也就会大大缩短。美国的Delphi还开发了线控转向系统。由此可以看出电子差速的优势就更能表现，这样既提高了安全性又会降低成本。 2) 国内电子差速器的发展现状 浙江大学电气工程学院对于两轮驱动轮毅电机的矿用重载车辆系统进行了一系列的研究:对于一种新的电子差速控制方面，即矿用重载车的车轮与地面附着系数作为重点，把车辆容易滑动转向问题弱化了；该研究使用处理芯片DSP2407中的两个时间管理器，构成了电子差速器的驱动控制系统。然后取得了一个结论：在转动速度和转动角度两个都不小的时候，转矩的分配
15、的比例相对不小，这个时候，由矿车车体运动时候产生的的离心力侧翻力矩扮演了重要的角色。然而，车辆后面的轮子驱动的方法在车辆转向时的程度不高，电子差速控制在新型的四个轮子的电机相互独立驱动系统中，两轮子驱动控制系统相对来说不简单，驱动的方法特别多，驱动程度相对较高。同济大学在四轮电子差速转向控制系统中论述的电子差速控制系统，可以实现车辆的轮子在运动的行程中和地面之间的运动为纯滚动，在很大程度上减少了车轮在运动中发生滑转以及滑移，所以这个电子差速控制系统使车轮与地面之间的摩擦减少了，在一定程度上，加大了轮胎的正常使用寿命，由于这个特性，同济大学研究的春晖系列3号就采用了这个方案。在直线行驶时，使用同一电机驱动两侧车轮，两侧车轮得到相同的转速，如果两侧车轮行驶的路不等时，会使所走路程大的一侧车轮滑转或滑移，造成轮胎的磨损，甚至发生事故。但双轮毅电机驱动或多轮毅电机驱动，由电机直接驱动车轮，当汽车转弯时不能再采用传统的机械差速器，来实现车辆的顺利转弯。因此，研究电子差速器也成为矿用矿用重载车辆重要的研究项目。矿用重载车辆的发展主要是电子差速系统的设计。在当代社会提倡建设节约，低碳，环保型经济的发展环境下，电动车能够使厂矿企业节约企业成本，保护环境，具有显著的社会和经济双重效益，而电子差速系统则在其中扮演了重要的角色。
