文章要点：
轮毂电机驱动研发历史较长，在特种商用车上已经得到不少应用
轮毂电机可以轻易实现四驱，动力效率高，车辆结构也得到简化，有广泛的发展前景
限于制动、密封、平顺性等方面的缺陷，轮毂电机尚未在电动汽车上普及新能源车现在已经成为汽车行业颇具前瞻性的领域，而新能源车型的驱动技术和传统内燃机汽车有着不小的区别，而其中有一类驱动技术有着很大的发展前景，这就是轮毂电机技术，它和传统的动力系统有何区别呢？它有哪些优点和缺点呢？下面就来看看轮毂电机技术到底有哪些独到之处。
采用轮毂电机技术的福特F-150将此前的所有传动部件通通舍弃不用
笔者注：轮毂严格意义上讲仅指与传动轴连接的法兰、轴承座等部分，不过轮毂这一名词对于普通用户目前更多指的是轮圈，下文中涉及的轮毂一词将涵盖狭义的轮毂和轮圈两部分。
轮毂电机技术简介
轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装臵都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。轮毂电机技术并非新生事物，早在1900年，保时捷就首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。
而对于乘用车所用的轮毂电机，日系厂商对于此项技术研发开展较早，目前处于领先地位，包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术，在2011年上海车展展出的瑞麒X1增程电动车就采用了轮毂电机技术。
米其林研发的将轮毂电机和电子主动悬挂都整合到轮内的驱动/悬挂系统结构图
本田研发的轮毂电机实物
上海车展上的瑞麒X1-EV
通用开发的为150吨的重型卡车设计的轮毂电机（内燃动力电传动）
轮毂电机驱动系统根据电机的转子型式主要分成两种结构型式：内转子式和外转子式。其中外转子式采用低速外传子电机，电机的最高转速在1000-1500r/min，无减速装臵，车轮的转速与电机相同；而内转子式则采用高速内转子电机，配备固定传动比的减速器，为获得较高的功率密度，电机的转速可高达10000r/min。随着更为紧凑的行星齿轮减速器的出现，内转
子式轮毂电机在功率密度方面比低速外转子式更具竞争力。
典型内转子结构的轮毂电机驱动系统结构示意图
轮毂电机的优缺点
优点一：省略大量传动部件，让车辆结构更简单
对于传统车辆来说，离合器、变速器、传动轴、差速器乃至分动器都是必不可少的，而这些部件不但重量不轻、让车辆的结构更为复杂，同时也存在需要定期维护和故障率的问题。但是轮毂电机就很好地解决了这个问题。除开结构更为简单之外，采用轮毂电机驱动的车辆可以获得更好的空间利用
率，同时传动效率也要高出不少。
类似上图中这种传统变速
器在轮毂电机驱动的车辆
上已经见不到了
传统后驱车车厢后排地板
上的突起在电动车上也会
消失，为乘员腾出更大的空间
优点二：可实现多种复杂的驱动方式
由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，它都可以比较轻松地实现，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向（不过此时对车辆转向机构和轮胎的磨损较大），对于特种车辆很有价值。
采用轮毂电机之后，不要说四轮驱动，像AHED?先进混合电驱动?样车这样的8轮电驱动也是很轻松实现的
优点三：便于采用多种新能源车技术
新能源车型不少都采用电驱动，因此轮毂电机驱动也就派上了大用场。无论是纯电动还是燃料电池电动车，抑或是增程电动车，都可以用轮毂电机作为主要驱动力；即便是对于混合动力车型，也可以采用轮毂电机作为起步或者急加速时的助力，可谓是一机多用。同时，新能源车的很多技术，比如制
动能量回收（即再生制动）也可以很轻松地在轮毂电机驱动车型上得以实现。
采用轮毂电机可以匹配包括
纯电动、混合动力和燃料电池
电动车等多种新能源车型
轮毂电机可以和传统动力并
联使用，这对于混合动力车型
很有意义
虽然轮毂电机有着不少优点，但是也存在一些缺点，这对于它的应用也多少有些影响。
缺点一：增大簧下质量和轮毂的转动惯量，对车辆的操控有所影响
对于普通民用车辆来说，常常用一些相对轻质的材料比如铝合金来制作悬挂的部件，以减轻簧下质量，提升悬挂的响应速度。可是轮毂电机恰好较大幅度地增大了簧下质量，同时也增加了轮毂的转动惯量，这对于车辆的操控性能是不利的。不过考虑到电动车型大多限于代步而非追求动力性能，这一点尚不是最大缺陷。
君威后悬的下摆臂采用铝制，主要就是为了减重，但如果加上轮毂电机本身
的质量，这些努力也就白费了
缺点二：电制动性能有限，维持制动系统运行需要消耗不少电能
现在的传统动力商用车已经有不
少装备了利用涡流制动原理（也即
电阻制动）的辅助减速设备，比如
很多卡车所用的电动缓速器。而由
于能源的关系，电动车采用电制动
也是首选，不过对于轮毂电机驱动
的车辆，由于轮毂电机系统的电制动容量较小，不能满足整车制动性能的要求，都需要附加机械制动系统，但是对于普通电动乘用车，没有了传统内燃机带动的真空泵，就需要电动真空泵来提供刹车助力，但也就意味了有着更大的能量消耗，即便是再生制动能回收一些能量，如果要确保制动系统的效能，制动系统消耗的能量也是影响电动车续航里程的重要因素之一。
应用在商用车车桥的内臵缓速器采用涡流制动原理，而轮毂电机的制动也可以利用这一原理
此外，轮毂电机工作的环境恶劣，面临水、灰尘等多方面影响，在密封方面也有较高要求，同时在设计上也需要为轮毂电机单独考虑散热问题。
结语：
与电动机集中动力驱动相比，轮毂电机技术具备很大的优势，它布局更为灵活，不需要复杂的机械传动系统，同时也有自己的显著不足，比如密封和起步电流/扭矩间的平衡关系，以及转向时驱动轮的差速问题等等，如果能在工程上解决这些难题，轮毂电机驱动技术将在未来的新能源车中拥有广阔的前景。
为了使电动汽车成为日常生活的一部分，就需要有新的车辆设计和部件。以轮毂电机为例，轮毂电机的优点之一在于，可以不需要传统的引擎室，直接将发电机安装在车轮中，这种方式为设计师在车辆设计时提供了更多的选择。由于省去了传动装臵，所以减少了机械传动过程中的能量损失以及机械磨损。此外，直接驱动车轮可提高驱动动力性和驾驶安全。
最早发明的轮毂电机可追溯到19世纪，1900巴黎世博会曾经展出Ferdinand Porsche配备有这种电机的?Lohner Porsche?汽车。Fraunhofer 制造工程与应用材料研究所（IFAM）称他们正在开发一种新的轮毂电机，它可以集成所有必需的电气和电子元件，特别是电力电子控制系统。因此，电动机外部电子元件和馈线的数量和范围可减至最低。与目前市场上应用的轮毂电机相比，这种新电机将在动能方面得到显著提升。此外，它还有一个创新的安全和冗余设计概念来确保行车安全。除了IFAM，Fraunhofer集成系统与设备技术研究所（IISB）、材料力学研究所（IWM）以及结构耐久性和系统可靠性研究所（LBF）的研究人员都在研究这些问题。
面对批评者对轮毂电机在车辆操控方面负面影响的批评，IFM项目管理者Hermann Pleteit博士做出了回应：发动机非常紧凑。高功率与转矩密度
仅使簧下质量略有增加，但通过对底盘进行配臵（如消声器设臵）就可以有效弥补这些影响，不会影响驾车的舒适感。
研究人员还要面对另一个挑战：相对于传统汽车，电动车可以回收制动过程中的能量并重新存储到电池中。现在他们正在研究如何最大限度地回收这部分能量。传统的制动系统仍将继续使用，但只有在紧急情况下才需要使用。
德国弗劳恩霍夫协会的研究人员不仅是研究单个组件，还对整个车体进行开发。他们将这些部件集成到名为?Frecc0?的概念车上，作为一个科学测试平台。从明年起，汽车制造商和供应商也可以用?Frecc0?测试新组件。此模型基于Artega GT概念车，这一测试平台的建立和轮毂电机工艺设计正是?Fraunhofer电动系统研究?中的两个项目。Fraunhofer电动系统研究的重点课题包括汽车设计，能量产出、分配与使用，能源储存技术，系统集成技术以及社会政治问题。德国联邦教育与研究部（BMBF）为Fraunhofer 提供4400万欧元的资金支持，目标是发展混合动力汽车和电动汽车的原型，以支持德国电动汽车行业的发展。
1 轮毂式电动汽车发展现状
轮毂式电动汽车是一种新兴的驱动式电动汽车，有两种基本形式，即直接驱动式电动轮和带轮边减速器电动轮。它直接将电机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器、变速器、主减速器及差速器等部件，简化了整车结构，提高了传动效率，并且能通过控制技术实现对电动轮的电子差速控制。电动轮将成为未来电动汽车的发展方向。
目前国际上对轮毂式电动汽车的研究主要以日本为主。日本庆应义塾大学的电动汽车研究小组已试制了5种不同形式的样车。其中，1991年与东京电力公司共同开发的4座电动汽车IZA，采用Ni-Cd电池为动力源，以4个额定功率为6.8kW、峰值功率达到25kW的外转子式永磁同步轮毂电机驱动，最高速度可达176km/h。1996年，该小组联合日本国家环境研究所研制了电动轮驱动系统的后轮驱动电动汽车ECO，该车的电动轮驱动系统选用永磁直流无刷电动机，额定功率为6.8kW，峰值功率为20kW，并配以行星齿轮减速机，该电动轮采用机械制动与电机再生制动相结合的方式。2001年，该小组又推出了以锂电池为动力源，采用8个大功率交流同步轮毂电机独立驱动的电动轿车KAZ。该车安装了8个车轮，大大增加了该车的动力，从而使该车的最高速度达到311 km/h。KAZ的电动轮系统中采用高转速、高性能内转子型电动机，其峰值功率可达55 kW，提高了KAZ轿车的极限加速能力，使其0～100km/h加速时间达到8s。为了使电动机输出转速符合车轮的实际转速要求，KAZ电动轮系统匹配行星齿轮减速机构。KAZ前轮采用盘式制动器，后轮采用鼓式制动器。2003年日本丰田汽车公司在东京车展上推出的燃料电池概念车FINE-N也采用了电动轮驱动技术。美国通用汽车公司2001年试制的全新线控4轮驱动燃料电池概念车Autonomy也采用电动轮驱动型式，电动轮驱动系统灵活的控制与布臵方式，使该车能更好地实现线控技术。国内对电动轮驱动方式的研究也取得了一些进展。同济大学研制的?春晖?系列燃料电池概念车采用了4个直流无刷轮毂电机独立驱动的电动轮模块。比亚迪于2004年在北京车展上展出的ET概念车也采用了电动汽车最新驱动方式：4个轮边电机独立驱动模式。中国科学院北京三环通用电气公司研制
的电动轿车用直流无刷轮毂电机，又称电动车轮。单个电动车轮功率为7.5 kW，电压264 V，双后轮直接驱动。中船总公司724研究所的4轮电动汽车，其电动机性能指标为：额定功率 3 kW，额定转速3000r/min，额定电压为110 V。
2 电动轮汽车结构分析
电动轮式电驱动系统有直接驱动式电动轮和带轮边减速器电动轮两种基本形式。这取决于是采用低速外转子还是高速内转子电动机。直接驱动式电动汽车采用低速外转子电动机，电动轮与车轮组成一个完整部件总成，采用电子差速方式，电机布臵在车轮内部，直接驱动车轮带动汽车行驶。其主要优点是电机体积小、质量轻和成本低，系统传动效率高，结构紧凑，既有利于整车结构布臵和车身设计，也便于改型设计。这种电动轮直接将外转子安装在车轮的轮辋上驱动车轮转动。然而电动汽车在起步时需要较大的转矩，也就是说安装在直接驱动型电动轮中的电动机必须能在低速时提供大转矩。为了使汽车能够有较好的动力性，电动机还必须具有很宽的转矩和转速调节范围。由于电机工作产生一定的冲击和振动，要求车轮轮辋和车轮支承必须坚固、可靠，同时由于非簧载质量大，要保证车辆的舒适性，要求对悬架系统弹性元件和阻尼元件进行优化设计，电机输出转矩和功率也受到车轮尺寸的限制，系统成本高。
带轮边减速器电动轮电驱动系统采用高速内转子电动机，适合现代高性能电动汽车的运行要求。它起源于矿用车的传统电动轮，属于减速驱动类型，这种电动轮允许电动机在高速下运行，通常电动机的最高转速设计在4000～20000 r/min，其目的是为了能够获得较高的比功率，而对电动机的其它性
能没有特殊要求，可以采用普通的内转子高速电动机。减速机构布臵在电动机和车轮之间，起到减速和增矩的作用，从而保证电动汽车在低速时能够获得足够大的转矩。电机输出轴通过减速机构与车轮驱动轴连接，使电机轴承不直接承受车轮与路面的载荷作用，改善了轴承的工作条件；采用固定速比行星齿轮减速器，使系统具有较大的调速范围和输出转矩，充分发挥驱动电机的调速特性，消除了电机输出转矩和功率受到车轮尺寸的影响。设计中主要应考虑解决齿轮的工作噪声和润滑问题，其非簧载质量也比直接驱动式电动轮电驱动系统的大，对电机及系统内部的结构方案设计要求更高。图1为轮边减速器型电动轮示意图。
图1 轮边减速器型电动轮示意图。
3 转向差速控制研究
轮边驱动系统没有传统的减速机构和机械式差速
器，因而在转向时需考虑对两个轮边电机的转速和转矩进行重新分配来实现差速控制，从而减少汽车转向时轮胎的磨损和滑移，提高汽车行驶稳定性。
3.1 电子差速控制模型分析
在车辆低速转弯时，通常采用模型分析车辆的转向差速控制。该模型有如下几个假设条件：(1)车体刚性；(2)车轮纯滚动，即不考虑已发生滑移、滑转和轮胎离开地面的运行状态；(3)轮胎侧向变形与侧向力成正比，即不考虑轮胎材质与结构上的非线性和因垂直载荷不同造成的轮胎侧向弹性系数的变化。
3.2 改进的电子差速控制方案
改进后的电子差速控制方案在控制车轮转速的基础上以车轮滑移率为控制目标，以驱动轮转矩为控制变量，在保证汽车操纵稳定性和平顺性的前提下，当汽车直线行驶时，平均分配两驱动轮的转速和转矩；在汽车转向时，对两侧车轮输入不同转速和转矩，使两驱动轮的滑移率最低，确保行驶安全性。
3.2.1 转向时离心力对载荷的影响
在汽车转向时，离心力产生的侧翻力矩对驱动轮垂直载荷影响较大。沿平直道路行驶的汽车可认为两后轮垂直载荷相同。如下式：
式中：b为质心到后轮的距离，
m为汽车质量。
转弯时离心力产生的侧翻力矩为：
M x=F a H （2）式中：H为汽车质心到地面的高度。
转弯时后轮的载荷为：
式中：υ为汽车速度。
对的车体和θ<30°的转弯状况，可以由代替，且误差小于5%。由此可得驱动轮内外侧的载荷比：
3.2.2 对驱动电机的转矩控制
控制踏板输入相当于转矩控制指令，采用线性调节负反馈的电流控制，从图2控制框图得出输出特性，如式(8)所示。
式中：R为电机相电阻，
K t为转矩系数，
K c为电动势系数。
转弯行驶时内外侧轮的转矩差及内外侧轮实际所需转矩分别为：
4 轮毂式电动汽车关键技术
4.1 轮毂电机及其控制技术
目前电动轮所用的低速外转子电动机和高速内转子电动机都是径向磁通永磁轮式电机。高速内转子电机的结构与传统的永磁同步电机或无刷直流电机基本相同。电机的最高转速主要受线圈和摩擦损耗以及变速机构承受能力等因素的限制。外转子轮式永磁电机作为电动汽车直接驱动的执行器，电机采用表面安装NdPeB磁钢的外转子定子多极少槽结构。外转子结构在车轮直径固定的约束条件下，使电枢直径增加，提高了电机能力；同时，外转子结构使电机散热条件恶化，对长时间过载能力有一定影响。定子采用多极少槽结构，减小体积、简化结构，有利于产生所需的电势谐波以提高力能指标。永磁转子位臵传感器采用磁阻式多极旋转变压器，与电机本体一体化安装，结构紧凑。
电机驱动采用轴角变换技术，使用轴角变换芯片将旋转输出信号变换为数字位臵信号，供相电流指令合成电路产生各相的电流指令；相电流指令与电流负反馈信号经电流调节器(CR)处理，控制SPWM型逆变功率电路，驱动电机运行。
轮毂式电动汽车一般有2个或4个轮边电机，对多个电机实行协调控制。实现电动汽车驱动的关键技术是驱动电机的运行控制，其中包括车辆行驶的稳定性控制、转向差速控制、系统动力性能优化和节能控制等。在稳定性控制中，以牵引控制为主要研究方向，系统的综合节能策略在电池技术没有足够进步之前，也相当重要。为了更好地对车辆进行研究和优化设计，电动汽车的有效数学模型和快速有效的系统运行控制算法也是当今世界各国的攻关热点。
4.2 能源及能量管理系统
电池是电动汽车的动力源泉，也是制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车电池的主要性能指标是比能量、能量密度、比功率、循环寿命和成本等。要使电动汽车与燃油汽车竞争，关键要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。
到目前为止，电动汽车电池经过3代的发展，已取得了突破的进展。第1代是铅酸电池，目前主要是阀控铅酸电池(VRLA)，由于其比能量较高、价格低和放电倍率高，是目前惟一能大批量生产的电动汽车用电池。第2代是碱性电池，主要有Ni-Cd、Ni-MH、Na-S、Li-ion和Zn/Air等多种电池，其比能量和比功率都比铅酸电池高，大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格比铅酸电池高。第3代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，是理想的汽车用电池，但目前还处于研制阶段，一些关键技术还有待突破。
由于电动汽车的车载能量有限，其行驶里程远远达不到燃油车的水平，能量管理系统的目的就是最大限度地利用有限的车载能量，增加行驶里程。智能能量管理系统采集从各个子系统输入的传感器信息，这些传感器包括车内外气温传感器、充放电时电源电流和电压传感器、电动机电流和电压传感器、速度和加速度传感器以及车外环境和气候传感器等。能量管理系统能实现以下基本功能：优化系统的能量分配；预测电动汽车电源的剩余能量和继续行驶里程；提供最佳的驾驶模式；再生制动时合理地调整再生能量；自动调整温度控制方式。智能管理系统如同电动汽车的大脑，同时具有功能多、
灵活性好、适应性强的特点。
5 结语
本文介绍了轮毂式电动汽车发展现状及结构特点，说明了轮毂式电动汽车的转向控制模型及其关键技术。与传统电动汽车相比，轮毂式电动汽车的整车结构、传动效率、动力性能、续驶里程等都有非常明显的优势，是未来电动汽车的发展方向。目前，对低质量、高功率的轮毂电机的研究仍是热点。同时，轮毂式电动汽车转向、驱动、制动时对电机转矩与转速的控制是未来研究的重点和难点
1 引言
全世界的汽车保有量和使用量巨大，而且增长迅速。21世纪，人类将面临严峻的能源和环境挑战，研究开发节能、环保和安全的汽车是实现交通可持续发展的必由之路。其中，电动汽车以其在使用过程超低排放/零排放、能源利用多元化和高效化、便于实现智能化控制等方面的技术优势备受重视，呈现加速发展态势。在电动汽车诸多电力驱动系统型式中，采用轮毂电机系统的动力系统结构型式正日益成为发展方向，而轮毂电机系统作为关键总成成为电动汽车领域的研究重点和研究热点。本文在综合大量文献的基础上，针对轮毂电机系统的研究进展进行了综合分析。论文阐述了轮毂电机系统的概念，回顾了轮毂电机及其在电动汽车上研究和应用历史，对比分析轮毂电机的结构型式、电机应用类型以及性能特点，在剖析轮毂电机驱动系统结构型式对整车性能的积极和消极影响的基础上总结出轮毂电机系统的设计开发的关键技术问题。
2 轮毂电机系统的概念与应用领域
轮毂电机系统是本文提出的概念。通常，人们称其为轮毂电机，也有的研究者称其为轮式电机、车轮电机或者电动轮，英文名称以?in-wheel motor?居多，也有称?wheel motor?和?wheel direct drive motors?的。实际上，以上称谓严格来说都是不准确的。?轮毂电机、轮式电机和车轮电机?都侧重于电机，而?电动轮?侧重于车轮。若从系统观点出发，我们所指确切应为驱动电机和车轮紧密集成而形成的一体化的多功能系统，即为?integrated motor and wheel system?。为了方便起见，本文对已经被工程界广泛应用的?轮毂电机?和?in-wheel motor?稍作修改，以?轮毂电机系统?和?in-wheel motor system?作为中英文称谓。
轮毂电机系统在各种交通工具中都有应用，如图1所示。不同的应用场合对轮毂电机的结构型式和技术性能等都提出了不同的要求，相应的产生了各种轮毂电机系统及其特色技术。本文的主要研究对象是汽车用轮毂电机系统。
3 轮毂电机系统的发展历史
轮毂电机系统的诞生可以一直追溯到电动汽车诞生的初期，而轮毂电机在电动汽车上的广泛应用主要集中在近几年的概念车上。
最早见诸于文献的有关轮毂电机及其应用来自于著名汽车公司保时捷的创始人保时捷（F. Porsche）。1900年，保时捷研制了两个前轮装备轮毂电机的前轮驱动双座电动汽车，并在电动汽车比赛中取得了最好的成绩。图2所示为保时捷研制的轮毂电机驱动电动汽车。值得引起注意的是，保时捷在1902年就研制出了采用发动机和轮毂电机的混合动力汽车，取得山地汽车拉力赛的好成绩。1910年，保时捷研制了军用陆地列车，最前面的机车装
高功率密度盘式轮毂电机集成技术 实能高科 一、轮毂技术国内外现状 轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。早在1900年，就已经制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。作为比较先进的驱动技术,国外有很多研究所和公司都对轮毂电机进行了专项研究,并已经开始将其应用到实际产品中。位于美国加州的通用汽车高级技术研发中心成功地将自行研制的轮毂电机应用到雪弗兰s210皮卡车中。该电机给车轮增加的重量只有约15kg,却可产生约25kW的功率,产生的扭矩比普通的雪弗兰s210四缸皮卡车高出60%,加速性能也有所提高。 通用开发的为150吨的重型卡车设计的轮毂电机（内燃动力电传动）
典型内转子结构的轮毂电机驱动系统结构示意图 日本对轮毂电机研究起步早,技术在世界上处于领先。日本庆应义塾大学清水浩教授领导的电动汽车研究小组在过去10年中,研制的IZA、ECO、KAZ等电动汽车均采用轮毂电机驱动技术。其中后轮驱动电动汽车ECO采用的永磁无刷直流电机,额定功率618kW,峰值功率可达20kW。 本田研发的轮毂电机实物
日本包含丰田在内的各大公司在2003年东京汽车展上纷纷推出自己的轮毂驱动产品,如:普利司通公司的动力阻尼型车轮内装式电机系统、丰田公司的燃料电池概念车FINE2N等等。法国的TM4公司设计的一体化电动轮,采用外转子永磁无刷直流电动机,额定功率为1815kW,额定转矩为950r/min,额定工况下的平均效率可达96.13%,峰值功率可达80kW,峰值扭矩为670N?m,最高转速为1385r/min。 目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术，在2011年上海车展展出的瑞麒X1增程电动车就采用了轮毂电机技术。 米其林研发的将轮毂电机和电子主动悬挂都整合到轮内的驱动/悬挂系统结构图 轮毂电机驱动系统根据电机的转子型式主要分成两种结构型式：内转子式和外转子式。其中外转子式采用低速外传子电机，电机的最
步进电机驱动电路设计 摘要 随着数字化技术发展，数字控制技术得到了广泛而深入的应用。步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速起动和停止的特点。因为步进电动机组成的控制系统结构简单，价格低廉，性能上能满足工业控制的基本要求，所以广泛地应用于手工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器件以及各种可控机械工具等等。直流电机广泛应用于计算机外围设备( 如硬盘、软盘和光盘存储器) 、家电产品、医疗器械和电动车上, 无刷直流电机的转子都普遍使用永磁材料组成的磁钢, 并且在航空、航天、汽车、精密电子等行业也被广泛应用。在电工设备中的应用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。他们都是利用电和磁的相互作用来实现向机械能能的转换。 介绍了步进电机和直流电机原理及其驱动程序控制控制模块，通过AT89S52单片机及脉冲分配器(又称逻辑转换器) L298完成步进电机和直流电机各种运行方式的控制。实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过按键控制，操作方便，节省成本。 关键词：步进电机，单片机控制，AT89S52，L297，L298目录
电动汽车用轮毂电机的研究 张继晨 （武汉理工大学汽车工程学院；汽研1202；学号：1049721202240） 摘要：轮毂电机驱动系统是电动车辆的先进驱动方式，高品质的轮毂电机及其驱动控制系统是国内外电气工程领域的重要研究方向。本文阐述了轮毂电机的不同驱动方式及其国内外研究现状，在分析了轮毂电机驱动特点基础上，介绍了轮毂电机的结构，探讨轮毂电机驱动系统的控制，特别是转向时的差速控制，并思考轮毂电机发展的关键技术。 关键词：电动汽车；驱动系统；轮毂电机；差速控制 Application of In-Wheel Motors Used for Electric Automobile Zhang Jichen (School of Automobile Engineering, Wuhan University of Technology, Class: 1202, Number: 1049721202240) Abstract:As advanced drives for electric vehicles, it is one of the most important edge research areas to develop the high-performance in-wheel motors both at home and abroad. This article described two different driving methods and their application status at home and abroad. With a presentation of the features of in-wheel motors and drives, introduced the structure of the in-wheel motors, and propose the control of the in-wheel motors system, especially the control of the steering differential while some potential technical solutions for the drives are discussed. Key words: electric automobile; driving system; in-wheel motor; differential control 前言 随着全球资源紧缺与环境污染矛盾的不断凸显，作为具有节能和环保双重效益的电动汽车近几年得到了迅速的发展。目前电动汽车的电机、电池性能已经能基本上满足车辆性能的要求，在新结构、新控制、新技术等方面展示出了巨大的发展潜力。在各种形式驱动的电动汽车中，轮毂电机将是电动汽车的最终驱动形式。轮毂电机的快速响应特性可提高电动汽车的动态控制能力，使汽车在驱动、制动、转向等多种工况下均具有较好的表现。轮毂电机不但可以进行防抱死控制、牵引力控制、转矩矢量控制，还可以进行主动平顺性控制，因此轮毂电机可以替代传统汽车底盘中绝大部分执行机构。目前，对轮毂电机来说，最重要的技术是将电动机、传动系统、制动系统和悬架系统共同嵌入到车轮中，而体积过大时轮毂电机电动汽车普及的一个障碍。 1. 轮毂式电动汽车发展现状 轮毂式电动汽车是一种新兴的驱动式电动汽车，有两种基本形式，即直接驱动式电动轮和带轮边减速器电动轮。它直接将电机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器、变速器、主减速器及差速器等部件，简化了整车结构，提高了传动效率，并且能通过控制技术实现对电动轮的电子差速控制。电动轮将成为未来电动汽车的发展方向。 1.1 国外研究现状 目前国际上对轮毂电机电动汽车的研究主要以日本为主。日本很早就开始了对轮毂电机研究和开发，取得了一系列的研究成果，其技术在世界各国电动汽车研究领域处于领先位置。日本庆应义塾大学的电动汽车研究小组先后研制了IZA、ECO、KAZ等电动汽车均采用轮毂电机驱动技术。2001年该小组研制了超级电动轿车“KAZ”，该车采用8个55kW的永磁同步电机驱动，最高车速达到了311km/h，0~100km/h的加速时间是8s，电动车轮匹配了一套行星齿轮减速机构。2004年，该小组再次推出电动轿车Eliica，该车采用8个直驱式轮毂电机直接驱动车辆，最高车速在良好工况下达到400km/h，0~60km/h加速时间为4s，大大提高了轮毂电动汽车的性能。 美国通用汽车公司也致力于轮毂电机电动汽车的研究，它对未来电动汽车发展提出了名为“Autonomy”的概念，其思想是将电动轮驱动与线控操作技术相结合。大大提高了汽车的操纵稳定性和智能化。轮毂电机驱动技术的采用使底盘空间增大，使汽车的布置结构更加灵活，且汽车的转向、制动和动力控制等系统都能通过线控操纵来实现，
电动汽车直接驱动车轮的原因 电力驱动是未来汽车的发展方向，但以特斯拉为代表的纯电动汽车也仅仅是将引擎替换为电机，依然使用齿轮变速箱进行动力传递。为何不采用四个电机直接驱动四个车轮呢？再结合计算机控制技术对每个车轮的精准控制，这样岂不比四驱、双离合等技术强太多？ 我们知道对传统汽车而言离合器、变速器、传动轴、差速器乃至分动器都是必不可少的，而这些部件不但重量不轻、让车辆的结构更为复杂，同时也存在需要定期维护和故障率的问题，如果采用电机直接驱动轮毂，那就可以大大减少整个传动、制动等系统部件，使车辆结构更加简单，同时也提供了整车的传动效率。针对这一设想其实早在20世纪70年代就有汽车厂商提出轮毂电机技术，只是当时整个汽车领域主要还是以内燃机驱动，并且因为内燃机体积的缘故很难集成到轮毂中，所以也限制了轮毂电机技术的发展。那么什么是轮毂电机技术？ 轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，都可以比较轻松地实现，同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向。 随着新能源汽车的发展，不少汽车都是采用电驱动的方式，因此轮毂电机驱动技术也就派上大用场，不仅可以使用轮毂电机作为主要驱动力，而且可以用于提供起步、急加速的助力以及刹车时的制动力，并且在新能源汽车领域的能量回收技术也可以轻松实现，在控制方面可以通过针对每个轮毂电机单独控制，轻松实现四驱，并且可以对四轮进行差速控制实现不同的抓地力分配，提高电动汽车效率。
步进电机驱动方式的分类及比较 步进电机驱动方式的分类及比较：步进电机驱动方法的分类主要有恒电压驱动方式、恒电流斩波驱动方式和细分驱动方式。以下是这几种驱动方式的简介及比较。 1 恒电压驱动方式 1．1 单电压驱动 单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电。如图2所示，L为电机绕组，VCC为电源。当输入信号In为高电平时，提供足够大的基极电流使三极管T处于饱和状态，若忽略其饱和压降，则电源电压全部作用在电机绕组上。当In为低电平时，三极管截止，绕组无电流通过。 为使通电时绕组电流迅速达到预设电流，串入电阻Rc；为防止关断T时绕组电流变化率太大，而产生很大的反电势将T击穿，在绕组的两端并联一个二极管D和电阻Rd，为绕组电流提供一个泄放回路，也称“续流回路”。 单电压功率驱动电路的优点是电路结构简单、元件少、成本低、可靠性高。但是由于串入电阻后，功耗加大，整个功率驱动电路的效率较低，仅适合于驱动小功率步进电机。 1．2 高低压驱动 为了使通电时绕组能迅速到达设定电流，关断时绕组电流迅速衰减为零，同时又具有较高的效率，出现了高低压驱动方式。 如图3所示，Th、T1分别为高压管和低压管，Vh、V1分别为高低压电源，Ih、I1分别为高低端的脉冲信号。在导通前沿用高电压供电来提高电流的前沿上升率，而在前沿过后用低电压来维持绕组的电流。高低压驱动可获得较好的高频特性，但是由于高压管的导通时间不变，在低频时，绕组获得了过多的能量，容易引起振荡。可通过改变其高压管导通时间来解决低频振荡问题，然而其控制电路较单电压复杂，可靠性降低，一旦高压管失控，将会因电流太大损坏电机。 2 恒电流斩波驱动方式 2．1 自激式恒电流斩波驱动 图4为自激式恒电流斩波驱动框图。把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压，与D／A转换器输出的预设值进行比较，控制功率管的开关，从而达到控制绕组相电流的目的。从理论上讲，自激式恒电流斩波驱动可以将电机绕组的电流控制在某一恒定值。但由于斩波频率是可变的，会使绕组激起很高的浪涌电压，因而对控制电路产生很大的干扰，容易产生振荡，可靠性大大降低。
实用的步进电机驱动电路(图) 概述 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。本设计选用第三种方案，用PMM8713三相或四相步进电机的脉冲分配器、SI-7300A 两相或四相功率驱动器，组成四相步进电机功率驱动电路，以提高集成度和可靠性，步进电机控制框图见图1。 图1 步进电机控制系统框图 硬件简介 ● PMM8713原理框图及功能 PMM8713是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器，适用于控制三相或四相步进电机。控制三相或四相步进电机时都可以选择3种励磁方式，每相最小吸入与拉出电流为20mA，它不仅满足后级功率放大器的输入要求，而且在其所有输入端上均内嵌施密特触发电路，抗干扰能力强，其原理框图如图2所示。
图2 PMM8713的原理框图 在PMM8713的内部电路中，时钟选通部分用于设定步进电机的正反转脉冲输入发。PMM8713有两种脉冲输入法：双脉冲输入法和单脉冲输入法。采用双脉冲输入法时，CP、CU两端分别输入步进电机正反转的控制脉冲。当采用单脉冲输入时，步进电机的正反转方向由U/D的高、低电位决定。 激励方式控制电路用来选择采用何种励磁方式。激励方式判断电路用于输出检测；而可逆环形计数器则用于产生步进电机在选定的励磁方式下的各相通断时序信号。 ● SI-7300A的结构及功率驱动原理 SI-7300A是日本三青公司生产的高性能步进电机集成功率放大器，该器件为单极性四相驱动，采用SIP18封装。 步进电机功率驱动级电路可分为电压和电流两种驱动方式。电流驱动方式最常用的是PWM恒流斩波驱动电路，也是最常用的高性能驱动方式，其中一相的等效电路图如图3所示。
步进电机驱动方式（细分）概述 众所周知，步进电机的驱动方式有整步，半步，细分驱动。三者即有区别又有联系，目前，市面上很多驱动器支持细分驱动方式。本文主要描述这三种驱动的概述。 如下图是两相步进电机的内部定子示意图，为了使电机的转子能够连续、平稳地转动，定子必须产生一个连续、平均的磁场。因为从宏观上看，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。如果定子合成的磁场变化太快，转子跟随不上，这时步进电机就出现失步现象。 既然电机转子是跟随电机定子磁场转动，而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。即只要控制电机的定子电流，则可以达到驱动电机的目的。下图是两相步进电机的电流合成示意图。其中Ia是由A-A`相产生，Ib是由B-B`相产生，它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流，它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。 有了以上的步进电机背景描述后，对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式，都会是同一种方法，只是电流把一个圆(360°)分割的粗细程序不同。 整步驱动 对于整步驱动方式，电机是走一个整步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，整步驱动是每走一步是走3.6°。
下图是整步驱动方式中，电机定子的电流次序示意图： 由上图可知，整步驱动每一时刻只有一个相通电，所以这种驱动方式的驱动电路可以是很简单，程序代码也是相对容易实现，且由上图可以得到电机整步驱动相序如下： BB’→A’A→B’B→A A’→B B’ 下图是这种驱动方式的电流矢量分割图： 可见，整步驱动方式的电流矢量把一个圆平均分割成四份。 下图是整步驱动方式的A、B相的电流I vs T图： 可以看出，整步驱动描出的正弦波是粗糙的。使用这种方式驱动步进电机，低速时电机会抖动，噪声会比较大。但是，这种驱动方式无论在硬件或软件上都是相对简单，从而驱
轮毂电机驱动车辆悬架系统设计及优化 引言 本文介绍了轮毅电机式驱动车辆的发展历史和发展现状，针对高校自主开发的电动汽车实体平台的特点，以及传统悬架的自身优势，选取麦弗逊悬架作为匹配对象，进行虚拟样机模型的建立，并进行仿真分析及优化，进而在此基础之上完成整车模型的创建，进行整车操纵稳定性和平顺性的试验仿真，得到试验结果并进行评价。本文结介国外的最新的科技，全而的介绍了电动轮悬架系统与电动轮本身高度结介的主动轮技术，这是未来悬架的发展方向。 在本文中，首先，根据悬架各部件之间的相对位置，在ADAMS \ Ca:中建立麦弗逊前悬架的虚拟样机模型，并对其进行了双轮同向激振仿真运动学仿真，分析得到悬架参数的变化规律;其次，利用ADAMS \ Insight模块对原始悬架模型进行结构优化，根据仿真结果确定悬架系统更为介理的结构;再次，根据实车参数建立整车虚拟样机模型，并进行进行转向盘转角阶跃输入试验、转向盘转角脉冲输入试验、稳态回转试验和蛇行试验四项车辆操纵稳定性试验仿真，以及汽车三角凸块脉冲输入平顺性试验仿真;最后对仿真结果进行评价。 关键词:轮毅电机式电动轮；麦弗逊悬架；优化；操纵稳定性；凡顺性 一、论文背景和意义 1.1.1论文背景 近年来，随着科技的不断发展和人民生活水平的提高，汽车在作为传统的代步工具越来越多的融入人们生活的同时，也从一个侧面反映了国家的工业水平和科技水平，成为衡量一个国家的发达程度的重要标志。 在当今经济危机愈演愈烈，世界经济陷入低谷难以自拔的时刻，汽车工业因其自身与上下游诸多工业联系广泛的特点，在成为首当其冲的对象之后，有责任和能力带领其它实体工业走出困境。而在世界能源危机愈演愈烈，全球生态环境日益恶化以及汽车保有量不断增加的背景之下，如何能够使整个逆势反弹、转危为安，技术创新是必不可少的动力之一。在此背景之下，世界各国及各大汽车公司将新能源汽车作为技术研发的重点，而其中具有不依赖传统燃料、高效率、低污染等特点的电动汽车成为了各大厂商技术攻关的重中之重。当前电动汽车的驱动方案主要有两种:差速半轴方案和电动轮方案。其中电动轮方案以其高度集成化、轻质量、高效率的优势，成为了作为未来最具市场潜力和竞争力的结构方案。 1. 1.2研究意义
电动车用轮毂电机研究现状与发展趋势 褚文强, 辜承林 (华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉 430074) 摘 要:介绍了轮毂电机相对于燃油汽车和单电机集中驱动系统的优势,比较了各种电动汽车用电机的基本性能。阐述了轮毂电机的不同驱动方式及其国内外研究与应用现状。无位置传感器控制技术、转矩脉动的抑制、弱磁扩速、电机本体的设计及永磁材料等将是今后轮毂电机的研究热点。 关键词:电动汽车;驱动系统;轮毂电机 中图分类号:T M384∶U469.72 文献标识码:A 文章编号:167326540(2007)0420001205 Appli ca ti on St a tus and D evelop i n g Tend of I n2W heel M otors Used for Electr i c Auto m ob ile CHU W en2qiang, G U Cheng2lin (College of Electrical and Electr onic Engineering,Huazhong University of Science and Technol ogy,W uhan430074,China) Abstract:The advantages of in2wheel mot or compared with the driving syste m of traditi onal mot ors are de2 scribed.Then t w o different driving methods and their app licati on status at home and abr oad are intr oduced.The qual2 itative analysis of several kinds of typ ical driving mot or is made next.Their perf or mances are compared and their ad2 vantages/disadvantages are als o point out.Finally the devel op ing trend of wheeled mot or technol ogy is p resented. Key words:electr i c auto m ob ile;dr i v i n g syste m;i n2wheel m otor 0 概 述 早在20世纪50年代初,美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置。该轮毂于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用自卸车上。近年来,随着电动汽车的兴起,轮毂电机重新引起了重视。轮毂电机驱动系统的布置非常灵活,可以使电动汽车成为两个前轮驱动、两个后轮驱动或四轮驱动。与内燃机汽车和单电机集中驱动电动汽车相比,使用轮毂电机驱动系统的汽车具有以下几方面优势: (1)动力控制由硬连接改为软连接型式。通过电子线控技术,实现各电动轮从零到最大速度的无级变速和各电动轮间的差速要求,从而省略了传统汽车所需的机械式操纵换档装置、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等,使驱动系统和整车结构简洁,有效可利用空间大,传动效率提高。 (2)各电动轮的驱动力直接独立可控,使其动力学控制更为灵活、方便;能合理控制各电动轮的驱动力,从而提高恶劣路面条件下的行驶性能。 (3)容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。 (4)底架结构大为简化,使整车总布置和车身造型设计的自由度增加。若能将底架承载功能与车身功能分离,则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化,从而缩短新车型的开发周期,降低开发成本。 (5)若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导入线控四轮转向技术(4W S),实现车辆转向行驶高性能化,可有效减小转向半径,甚至实现零转向半径,大大增加了转向灵便性。 1 驱动系统 1.1 驱动方式 轮毂电机的驱动方式可以分为减速驱动和直接驱动两大类[1]。 在减速驱动方式下(见图1),电机一般在高 — 1 —
实习名称：电子设计制作与工艺实习 学生姓名：周文生 学号：201216020134 专业班级：T-1201 指导教师：李文圣 完成时间： 2014年6月13日 报告成绩：
步进电机控制驱动电路设计 摘要： 本设计在根据已有模电、物电知识的基础上，用具有置位，清零功能的JK 触发器74LS76作为主要器件来设计环行分配器，来对555定时器产生的脉冲进行分配，通过功率放大电路来对步进电机进行驱动，并且产生的脉冲的频率可以控制，从而来控制步进电机的速度，环形分配器中具有复位的功能，在对于异常情况可以按复位键来重新工作。 关键字：555定时器脉冲源环行分配器功率放大电路 一、方案论证与比较： （一）脉冲源的方案论证及选择： 方案一：采用555定时器产生脉冲，它工作频率易于改变从而可以控制步进电机的速度并且工作可靠，简单易行。 C2 10uF 图一 555定时器产生的方法 方案二:采用晶振电路来实现，晶振的频率较大，不利于电机的工作，易失步，我们可以利用分频的方法使晶振的频率变小，可以使电机工作稳定，但分频电路较复杂，并且晶振起振需要一定的条件，不好实现。
X1 1kohm 1kohm 图二晶振产生脉冲源电路 综上所述，我们采用方案一来设计脉冲源。 （二）环形分配器的设计： 方案一：采用74ls194通过送入不同的初值来进行移位依此产生正确的值使步进电机进行转动。但此方案的操作较复杂，需要每次工作时都要进行置位，正反转的操作较复杂，这里很早的将此方案放弃。 方案二：使用单独的JK 触发器来分别实现单独的功能。 图三双三拍正转 图四单三拍正转
图五三相六拍正转 利用单独的做，电路图较简单，单具体操作时不方便，并且不利于工程设计。块分的较零散，无法统一。 方案三：利用JK触发器的自己运动时序特性设计，利用卡诺图来进行画简。 图六单，双三拍的电路图 单，双三拍的正，反转主要由键s1,s2的四种状态来决定四种情况的选择。
1 轮毂电机系统的概念与应用领域 轮毂电机系统是本文提出的概念。通常，人们称其为轮毂电机，也有的研究者称其为轮式电机、车轮电机或者电动轮，英文名称以“in-wheel motor”居多，也有称“wheel motor”和“wheel direct drive motors”的。实际上，以上称谓严格来说都是不准确的。“轮毂电机、轮式电机和车轮电机”都侧重于电机，而“电动轮”侧重于车轮。若从系统观点出发，我们所指确切应为驱动电机和车轮紧密集成而形成的一体化的多功能系统，即为“integrated motor and wheel system”。为了方便起见，本文对已经被工程界广泛应用的“轮毂电机”和“in-wheel motor”稍作修改，以“轮毂电机系统”和“in-wheel motor system”作为中英文称谓。 轮毂电机系统在各种交通工具中都有应用。不同的应用场合对轮毂电机的结构型式和技术性能等都提出了不同的要求，相应的产生了各种轮毂电机系统及其特色技术。本文的主要研究对象是汽车用轮毂电机系统。 2 轮毂电机系统的发展历史 轮毂电机系统的诞生可以一直追溯到电动汽车诞生的初期，而轮毂电机在电动汽车上的广泛应用主要集中在近几年的概念车上。 最早见诸于文献的有关轮毂电机及其应用来自于著名汽车公司保时捷的创始人保时捷（F. Porsche）。1900年，保时捷研制了两个前轮装备轮毂电机的前轮驱动双座电动汽车，并在电动汽车比赛中取得了最好的成绩。图2所示为保时捷研制的轮毂电机驱动电动汽车。值得引起注意的是，保时捷在1902年就研制出了采用发动机和轮毂电机的混合动力汽车，取得山地汽车拉力赛的好成绩。1910年，保时捷研制了军用陆地列车，最前面的机车装备发动机和发电机，后面的10辆列车利用轮毂电机驱动（图3）。可以说，保时捷是基于轮毂电机的电动汽车和混合动力汽车之父。 20世纪50年代，美国人罗伯特发明了电动汽车轮毂，并申请了专利。1968年这种轮毂被通用电器公司应用在大型矿用自卸车上。采用轮毂电机的电动汽车具有一个明显的优点，就是可以采用采用扁平的车架结构，因此在需要频繁上下车的城市公共交通客车上大量应用。图所示为许多汽车公司研制的低车架和低地板公交车上应用的轮毂电机结构。 轮毂电机系统驱动作为电动汽车的一种重要驱动形式，得到了各大汽车厂商和组织的重视。自90年代起，日本就推出了一系列轮毂电机系统驱动的电动汽车，如TEPCO的IZA，NIES的Eco，Luciole等等，最近又有三菱的Colt、Lancer Evolut MIEV，本田的FCX concept等新车型。通用自2002年开始推出的概念车AUTOnomy(自主魔力)、Squel采用的都是轮毂电机系统驱动。与此同时，各大厂商加大了对轮毂电机系统的研发力度，高性能的新型轮毂电机系统不断涌现，轮毂电机的门
舞蹈机器人步进电机驱动电路和程序设计 摘要：介绍了舞蹈机器人步进电机驱动电路和程序设计。电路采用74373锁存,74LS244和ULN2003作电压和电流驱动,单片机AT89C52作工作脉冲序列信号发生器。程序设计基于中断服务和总线分时复用方式,实时更新各个电机的速度和方向。 关键词：单片机,中断服务,速度累加计数器,归一化速度 在机器人舞蹈时,我们用一个单片机控制多个步进电机指挥跳舞机器人的双肩、双肘和双脚伴着音乐做出各种协调舒缓充满感情的动作。电路采用74373锁存,74LS244和ULN2003作电压和电流驱动,单片机（Atc52）作脉冲序列信号发生器。程序设计基于中断服务和总线分时利用方式,实时更新各个电机的速度、方向。整个舞蹈由运动数据所决定的一截截动作无缝连接而成。 1 步进电机简介 步进电机根据内部线圈个数不同分为二相制、三相制、四相制等。本文以四相制为例介绍其内部结构。图1为四相五线制步进电机内部结构示意图。 2 四相五线制步进电机的驱动电路 电路主要由单片机工作外围电路、信号锁存和放大电路组成。我们利用了单片机的I/O端口,通过74373锁存,由74LS244驱动,ULN2003对信号进行放大。8个电机共用4bit I/O端口作为数据总线,向电机传送步进脉冲。每个电机分配1bit的I/O端口用作74373锁存信号,锁存步进电机四相脉冲,经ULN2003放大到12V驱动电机运转。
电路原理图（部分）如图2所示。 （1）Intel 8051系列单片机是一种8位的嵌入式控制器,可寻址64K字节,共有32个可编程双向I/O口,分别称为P0～P3。该系列单片机上集成8K的ROM,128字节RAM可供使用。 （2）74LS244为三态控制芯片,目的是使单片机足以驱动ULN2003。ULN2003是常用的达林顿管阵列,工作电压是12V,可以提供足够的电流以驱动步进电机。关于这些芯片的详细介绍可参见它们各自的数据手册。 （3）74373是电平控制锁存器,它可使多个步进电机共用一组数据总线。我们用P1.0～P1.7作为8个电机的锁存信号输出端,见表1。
新能源汽车轮毂电机直驱技术发展趋势 随着国内石油能源紧张以及环境污染的日益加剧，采用新能源汽车替代传统燃油车成为今后国内汽车行业主要的发展方向。随着政府政策的大力支持和各大主机厂的广泛宣传，近些年新能源汽车特别是纯电动汽车和插电式混合动力汽车受到了大量消费者的青睐。同时，分布式驱动系统作为区别于中央驱动的另外一种驱动方式，也受到了广泛关注。 其实早在1900年，费迪南德保时捷就把轮毂电机技术应用到了汽车制造上，首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车。但是受制于当时的电池寿命等原因，该技术并未得到广泛应用。直到20世纪70年代，轮毂电机技术逐步在矿山运输车等专业领域得到应用。目前市面上生产销售的电动自行车，多采用轮毂电机直驱方案，但该电机功率小、扭矩低，并不能满足乘用车的动力要求。 图1:早期装载轮毂电机的汽车 随着电机技术的不断发展，国外已有几家企业，如Protean、Elaphe 和e-Traction等设计了适用于乘用车和商用车的轮毂电机产品。但笔者认为乘用车应用门槛高、产品验证周期长，对系统的安全性、可靠性和耐久性等要求高，同时采用轮毂电机直驱系统对现有底盘平台的
颠覆太大，短期内轮毂电机并不会在乘用车上首先实现批量生产。但其高效的驱动形式、紧凑的结构设计和灵活的控制方式，在商用车、专用车和无人驾驶等领域应该会先于乘用车得到广泛的应用。本文主要针对商用车、专用车和无人驾驶平台，阐述和分析采用轮毂电机直驱系统的优势和目前还需克服的技术难题，也希望和大家共同探讨分布式驱动系统的应用前景。 一.商用车和物流车领域 现代物流业作为国民经济的基础产业，也间接推动了物流车行业的发展。物流配送主要可分为城际物流和同城物流:由于受到续航里程和充电时间的限制，目前用于城际配送的物流车基本采用传统的柴油车，今后可以重点发展串联式混合动力或者燃料电池物流车来解决里程焦虑和充电问题，不论哪种形式均可采用轮毂电机后驱方案;但对同城物流来说，国内很多大城市都限制燃油物流车进入市区，故同城物流配送采用纯电动物流车替换如依维柯、全顺、海狮等车型将成主要趋势。 目前市面上大部分的纯电动物流车都是在传统柴油车的基础上改装而来，采用中央电机替换柴油发动机，整车质量重、底盘离地间隙高、载重量和装载空间有限、能耗高，不能满足物流行业对于车辆大装载空间、高载重比和长续航的需求。如采用分布式驱动系统，可
姓名___ _ _ _ 学号201016050136 院系电气信息工程学院 专业电子信息工程 班级___信息10-1______ __
目录 目录 (2) 摘要 (3) 关键词 (3) Abstract (3) Keywords (3) 一、引言 (4) 二、步进电机细分驱动的基本原理 (4) 三、Quartus II概述 (5) 四、课题设计 (5) （一）总体设计 (5) （二）细分电流的实现 (6) （三）细分驱动性能的改善 (6) （四）程序设计 (6) 六、仿真与测试结果分析 (10) 七、结论 (12) 参考文献 (12) 注释 (13) 附录 (14) 心得体会 (20)
摘要 在对步进电机细分驱动原理进行分析研究的基础上，提出一种基于FPGA 控制的步进电机细分驱动器。利用FPGA中的嵌入式EAB构成LPM-ROM，存放步进电机各相细分电流所需的PWM控制波形数据表，并通过FPGA设计的数字比较器，同时产生多路PWM电流波形，实现对步进电机转角进行均匀细分控制。实验证明，所研制的步进电机驱动器不仅体积小，简化了系统的设计，减少了延迟，改善了低频特性，有良好的适应性和自保护能力，提高了驱动器的稳定性和可靠性。 关键词 步进电机；细分驱动；脉宽调制；FPGA Abstract In this paper, a divided driving circuit for stepping motor controlled by FPGA is put forward, based on the analysis of the principle of stepping motor divided driving. Using embedded EAB in FPGA to compose LPM-ROM, store PWM control wave form data which stepping motor each phase subdivided driving current is needed．The magnitude comparator designed with FPGA generates several PWM current waveform synchronously, to realize the step angles even division control for three–phase stepping motor.Experimments have proved that the developed subdivision driver is not only smaller,sampler in system, can shorten the delay time,improve the stability in low frequency ,but has good self-adaptation and self-protection ability,and its stability and relibility are higher. Keywords stepping motor; divided driving；PWM; FPGA
第三节步进电动机及其驱动 一、步进电机的特点与种类 1.步进电机的特点 步进电机又称脉冲电机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。每当输入一个电脉冲时，转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步。只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向。 步进电动机具有以下特点： ?工作状态不易受各种干扰因素(如电压波动、电流大小与波形变化、温度等)的影响； ?步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零” ； ?由于可以直接用数字信号控制，与微机接口比较容易； ?控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”； ?不需要传感器进行反馈，可以进行开环控制； ?缺点是能量效率较低。 就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，可将其分为以下三种： （1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance),也叫反应式步进电动机 （2）永磁(PM-Permanent Magnet)型 （3）混合(HB-Hybrid)型 （1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance) 结构原理：该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称作反应式步进电动机。其结构原理如图3.5定子1 上嵌有线圈，转子2朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁阻型。
图3.6 可变式阻步进电机 可变磁阻步进电机的特点： 反应式电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力； 需要将气隙作得尽可能小，例如几个微米； 结构简单，运行频率高，可产生中等转矩，步距角小（0.09~9°） 制造材料费用低； 有些数控机床及工业机器人上使用。 （3）混合(HB-Hybrid)型 结构原理 这类电机是PM式和VR式的复合形式。其定子与VR类似，表面制有小齿，转子由永磁铁和铁心构成，同样切有小齿，为了减小步距角可以在结构上增加转子和定子的齿数。其结构如图3.7所示。 混合式步进电机特点: HB兼有PM和VR式步进电机的特点： 步距角可以做得较小(0.9~3.6°)； 无励磁时具有保持力； 可以产生较大转矩，应用较广。
轮毂电机自动离合器科技成果鉴定 材料 禹城市乾力电动乘用车有限公司 年月
目录 一、车用轮毂电机自动离合器鉴定大纲----------------------------1 二、车用轮毂电机自动离合器工作总结报告------------------------1 三、车用轮毂电机自动离合器技术研究报告------------------------1 四、车用轮毂电机自动离合器效益分析报告------------------------1 五、车用轮毂电机自动离合器用户意见----------------------------1 六、车用轮毂电机自动离合器实验数据------------------------------1 七、车用轮毂电机自动离合器发明专利证书-----------------------1 八、车用轮毂电机自动离合器说明书及相关图纸----------------1 九、车用轮毂电机自动离合器查新报告----------------------------1
鉴定大纲 一、项目名称 车用轮毂电机自动离合器 二、任务来源 自选项目 三、鉴定依据 实验报告、企业报告、查新报告等 四、鉴定形式 会议鉴定 五、鉴定内容 1、审查所提供技术文件的正确性、科学性、可行性 2、审查该技术的各项指标是否达标，并与国内外同类技术相 比较对该技术的研究水平给与评价； 3、对该技术的经济效益和社会效益给予评价； 4、提出建议和改进意见。 六、鉴定程序 1、鉴定部门成立鉴定委员会，成立资料审查组、产品技术检 测组和意见起草组。 2、项目单位组工作总结、技术报告、效益分析 3、专家提问项目单位答疑
未来电驱动主力轮毂电机驱动技术解析 2011年06月05日01:55 来源：Che168类型：转载编辑：胡正暘 新能源车现在已经成为汽车行业颇具前瞻性的领域，而新能源车型的驱动技术和传统内燃机汽车有着不小的区别，而其中有一类驱动技术有着很大的发展前景，这就是轮毂电机技术，它和传统的动力系统有何区别呢？它有哪些优点和缺点呢？下面就来看看轮毂电机技术到底有哪些独到之处。 采用轮毂电机技术的福特F-150将此前的所有传动部件通通舍弃不用 注：轮毂严格意义上讲仅指与传动轴连接的法兰、轴承座等部分，不过轮毂这一名词对于普通用户目前更多指的是轮圈，下文中涉及的轮毂一词将涵盖狭义的轮毂和轮圈两部分。 ● 轮毂电机技术简介 轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。轮毂电机技术并非新生事物，早在1900年，保时捷就首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。而对于乘用车所用的轮毂电机，日系厂商对于此项技术研发开展较早，目前处于领先地位，包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术，在2011年上海车展展出的瑞麒X1增程电动车就采用了轮毂电机技术。
米其林研发的将轮毂电机和电子主动悬挂都整合到轮内的驱动/悬挂系统结构图 本田研发的轮毂电机实物
上海车展上的瑞麒X1-EV 通用开发的为150吨的重型卡车设计的轮毂电机（内燃动力电传动）
典型内转子结构的轮毂电机驱动系统结构示意图 轮毂电机驱动系统根据电机的转子型式主要分成两种结构型式：内转子式和外转子式。其中外转子式采用低速外传子电机，电机的最高转速在1000-1500r/min，无减速装置，车轮的转速与电机相同；而内转子式则采用高速内转子电机，配备固定传动比的减速器，为获得较高的功率密度，电机的转速可高达10000r/min。随着更为紧凑的行星齿轮减速器的出现，内转子式轮毂电机在功率密度方面比低速外转子式更具竞争力。 ● 轮毂电机的优缺点 优点1：省略大量传动部件，让车辆结构更简单
如对您有帮助，请购买打赏，谢谢您！ 引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；其次，通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到涮速的目的。目前，步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，在机电一体化产品中应用广泛，常用作定位控制和定速控制。步进电机驱动电路常用的芯片有l297和l298组合应用、3977、8435等，这些芯片一般单相驱动电流在2 a左右，无法驱动更大功率电机，限制了其应用范围。本文基于东芝公司2008年推出的步进电机驱动芯片tb6560提出了一种步进电机驱动电路的设计方案 1步进电机驱动电路设计 1.1 tb6560简介 tb6560是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片。其主要特点有：内部集成双全桥mosfet驱动；最高耐压40 v，单相输出最大电流3.5 a(峰值)；具有整步、1／2、1／8、1／16细分方式；内置温度保护芯片，温度大于150℃时自动断开所有输出；具有过流保护；采用hzip25封装。tb6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路：控制信号隔离电路、主电路和自动半流电路。 1.2步进电机控制信号隔离电路 步进电机控制信号隔离电路如图1所示，步进电机控制信号有3个(clk、cw、enable)，分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能，均须用光耦隔离后与芯片连接。光耦的作用有两个：首先，防止电机干扰和损坏接口板电路；其次，对控制信号进行整形。对clk、cw信号，要选择中速或高速光耦，保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动，且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。本设计中选择2片6n137高速光耦隔离clk、cw，其信号传输速率可达到10 mhz，1片tlp521普通光耦隔离enable信号。应用时注意：光耦的同向和反向输出接法；光耦的前向和后向电源应该是单独隔离电源，否则不能起到隔离干扰的作用。 1.3步进电机主电路 如图2所示，步进电机主电路主要包括驱动电路和逻辑控制电路两大部分。 驱动电路电源采用28 v，电压范嗣为4.5～40 v，提高驱动电压可增大电机在高频范围转矩的输出，电压选择要根据使用情况而定。vmb、vma为步进电机驱动电源引脚，应接入瓷片去耦电容和电解电容稳压。out_ap、out_am、out_bp、out_bm 引脚分别为电机2相输出接口，由于内部集成了续流二极管，这4个输出口不用