电动汽车轮毂式驱动电机有限元分析_尚军军
四轮轮毂电机电动汽车驱动力矩分配研究
四轮轮毂电机电动汽车驱动力矩分配研究李一君; 牛志刚; 郭晨星; 候玉波【期刊名称】《《机械设计与制造》》【年(卷),期】2019(000)008【总页数】4页(P135-138)【关键词】轮毂电机; 驱动力矩分配; 模糊控制; 轮胎纵向力; 轮胎侧向力【作者】李一君; 牛志刚; 郭晨星; 候玉波【作者单位】太原理工大学机械工程学院山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言轮毂电机电动汽车通过将电机置于四个车轮中的方式，来实现电动汽车四个车轮的独立驱动，进而完成车轮驱动力的单独调节以及施加横摆力矩控制。
因此轮毂电机电动车对电动汽车电子化的发展具有重要的意义。
目前，针对四轮轮毂电机电动汽车的研究主要集中在驱动力控制策略方面，其主要目的在于应用控制转矩分配的方法来降低系统能耗[1]，或是通过给车轮分配驱动力矩来调节汽车橫摆运动[2]，保证汽车的稳定行驶[3-4]。
对于四轮驱动电动汽车稳定性的研究多采用分层控制[5-6]，上层为驱动力及横摆力矩控制层，得到车辆所需的矫正橫摆力矩；下层为驱动力矩分配层，独立分配四个车轮的驱动力矩以达到驾驶员期望的驱动力矩及保证车辆稳定的矫正横摆力矩，如果某一车轮的驱动力超过地面最大附着力，则将该车轮的驱动力设定为路面的最大附着力，将剩余的力在其余车轮重新分配[7]。
当车辆在冰雪湿滑等恶劣情况路面行驶时[8]，为了避免车轮的过度滑转或加速性能变差，采用的转矩协调控制策略遵循低选原则，保证车辆稳定的同时满足最大的加速性能。
为了防止车辆失稳，当汽车在对开路面行驶时，整车的驱动力控制模块对左右车轮驱动力矩进行力矩低选控制[9]，不能充分发挥当前路面条件下各个车轮所能提供的最大转矩。
综合考虑了车辆行驶时轮胎纵向力与轮胎侧向力的影响，设计了驱动力分配规则，当车辆行驶在对开路面时，使得车辆四个车轮能够充分利用路面附着条件，达到每个车轮能达到的最大转矩，同时能够保证车辆的稳定行驶。
电动车轮毂电机及其电传动系统简析
电动车轮毂电机及其电传动系统简析雷王宏永济电机厂内容摘要：介绍了美国德莱赛公司170D电动车（电动轮卡车）的电传动系统，并对其轮毂电机、谐波同步发电机这两个大部件的结构特点作了简要分析。
关键词：电动车轮毂电机发电机 EV一、前言目前，在我国山西平朔安太堡露天煤矿，因其特殊的作业形式，煤的运输周转是使用大吨位运煤装卸卡车，这些卡车为进口美国德莱赛公司的电动车（型号有170D等几种），载重量达150吨，时速最高可达30公里/小时，这在我国目前还是独一无二。
电动轮卡车外形像一辆大翻斗汽车，其牵引传动控制系统与一般内燃机车的有很大相似之处，但又有特殊性，特别是其特有的电动轮胎别具特色，笔者在此结合对776电动轮大修中遇到的部分零部件实物，并结合对搜集的一些零散外文资料的阅读和规整，对它们作以简要系统的介绍，以供同行共同探讨。
二、传动控制系统1.系统分析整个车的动力来源为燃油发动机，主要有美国的卡特发动机、康明斯发动机等几种型号。
我们以170D车为例，其装配的传动控制系统均为美国GE公司的配套装置，有关发动机、发电机、电动轮，整流控制柜等的布置示意图如下：系统硬件布置示意图1----发动机 2----发电机 3----整流及控制柜4---- 电阻制动柜 5----电动轮 6----风机由示意图可见，发动机---同步发电机机组安装在司机室下方，维修时可整体由卡车前方出入，电动轮分别安装在翻斗下方左右两侧，司机室的后面是电气控制柜。
实际上，在翻斗下方的中部还安装有液压系统，液压泵在中间，其两侧为油箱，液压系统主要是控制翻斗箱的起落，在此不予赘述。
卡车制停时，司机可通过脚踏板控制刹车盘，其安装在电动轮换向器端（结构示意图见后），同时也可借助电阻制动协助卡车制停。
卡车的快慢是司机通过脚踏板控制发动机油门，调节发动机转速，进而调节发电机电压，最终调节电动轮转速（原理见后），进而间接控制车速。
2.传动系统原理图原理示意图如下：其中：ALF------------同步发电机 RD--------不控整流桥AFSE----------可控整流桥 MFSE-----可控整流桥M1、M2------电动轮电机 BM---------风机电机RG1、RG2---制动电阻 REV--------方向开关由上图可知，两个直流电动机为串联联接，这与进口8K车牵引电机、上海地铁1号线地铁207KW牵引电机的使用有些相似之处，属于西欧80年代末期的先进技术。
基于JMAG的电动汽车轮毂电机铁损分析
基于JMAG的电动汽车轮毂电机铁损分析张辉;胡烨;江子和;陈喜庭;李雪原【期刊名称】《盐城工学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(030)003【摘要】针对电动汽车轮毂电机负载下的铁芯损耗问题,提出基于JMAG的电磁分析方案.采用控制变量的方法,通过JMAG-Express参数化模块,组建参数化电机模型,在轮毂电机负载状况下,通过JMAG-Designer和JMAGR-T软件联合仿真,对轮毂电机的铁损进行定量分析,并得出电机铁损对电机效率的仿真数据.结果表明:电机铁芯的材料及其厚度影响着电机的铁损,从而影响电机的效率,即硅钢片材料厚度越小,牌号越低,铁损值越小,在电机的高效区(≥80%)范围内对电机效率的影响越大.由此,可为电动汽车轮毂电机的优化设计和正确选型提供理论依据和实践指导.【总页数】5页(P9-13)【作者】张辉;胡烨;江子和;陈喜庭;李雪原【作者单位】浙江农林大学工程学院,浙江临安 311300;浙江农林大学工程学院,浙江临安 311300;浙江农林大学工程学院,浙江临安 311300;浙江农林大学工程学院,浙江临安 311300;浙江农林大学工程学院,浙江临安 311300【正文语种】中文【中图分类】TM35【相关文献】1.基于小波分析的电动汽车轮毂电机永磁体故障诊断 [J], 潘汉明;雷良育;王子辉2.基于整车工况的电动汽车轮毂电机散热分析 [J], 江从喜;赵兰萍;杜旭之;杨志刚3.基于Maxwell的电动汽车轮毂电机电磁损耗特性分析 [J], 张琪; 雷良育; 刘国辉; 胡峰; 孙崇昆4.基于模型预测控制的电动汽车轮毂电机转矩控制研究 [J], 肖祥慧; 史可; 袁小芳5.基于流固耦合的电动汽车轮毂电机不同工况瞬态温度场分析 [J], 陈丽香;刘佳琛;张超;王晓宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
轮毂电机式电动汽车试验台的设计与实验
轮毂电机式电动汽车试验台的设计与实验
郭啸峰;吴森
【期刊名称】《武汉理工大学学报（信息与管理工程版）》
【年(卷),期】2013(035)006
【摘要】为轮毂电机驱动的电动汽车设计了一套动力总成试验台架的硬件及软件平台,利用该平台对轮毂电机驱动电动汽车的性能和整车控制策略进行了一系列典型试验.试验结果表明,该台架试验平台能够满足设计要求,为轮毂电机性能和整车控制策略的研究提供试验保证,为将来整车的研发工作奠定了实验基础.
【总页数】5页(P859-862,874)
【作者】郭啸峰;吴森
【作者单位】武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070;武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070
【正文语种】中文
【中图分类】U469.72
【相关文献】
1.电动汽车盘式轮毂永磁电机设计 [J], 王晓远;陈静;王平欣
2.电动汽车驱动用内置式永磁同步电机设计与实验研究 [J], 符荣;窦满峰
3.一种电动汽车轮毂电机再生制动试验台架的设计与实现 [J], 董铸荣;梁松峰;田超贺
4.多轴轮毂式电动汽车实验台设计与实验 [J], 杨朝阳;王云超;冯培锋
5.电动汽车用轮毂电机性能试验台设计 [J], 潘汉明;付海兵;孔爱祥;雷良育;;;;
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轮毂驱动系统的有限元设计方法
轮毂驱动系统的有限元设计方法孟磊，邵朋礼（中国北方车辆研究所，北京100072）摘要：轮毂驱动系统是体现电动和混合动力车辆优势的关键技术之一。
本文针对适用于轮式特种车辆和中重型车辆适用的轮毂驱动系统结构复杂、系统集成度高的特点，采用有限元工程分析方法，进行总体结构的优化设计，在不影响其性能需求的条件下，解决了各分系统壳体结构以及支撑连接零部件存在的强度问题，提高了类似轮毂驱动系统复杂总成结构的一体化设计水平。
关键词：机械设计；轮毂驱动系统；有限元分析；结构优化设计；系统工程THE FEA METHOD ABOUT DSWHMENG Lei，SHAO Peng li(China North Vehicle Instituted Research, Beijing 100072，China)Abstract: The DSWH (Drive System in Wheel Hub) is the key factor to improve the performance of EV (Eletric Vehicle) and HEV (Hybird Electric Vehicle). In this paper, The DSWH is applying to the special type vehicle; its integrated composition is complex. With the FEA (Finite Element Analysis), the optimization design of the DSWH has been achieved. The shell structures and supporters of major components and parts have been strengthened. With these final optimization result, integrated design level has been improved according to the design method in the paper.Key words: Mechanical Design; DSWH; FEA; system engineering1 引言轮毂驱动系统是体现电动和混合动力车辆性能和运用优势的关键和必要技术之一。
轮毂驱动电动汽车复合制动防抱死协调控制及舒适性研究
第28卷 第2期 河南工学院学报Vol.28 No.2 2020年3月 Journal of Henan Institute of Technology Mar. 2020收稿日期：2019-12-24基金项目：河南省科技攻关计划（192102210063）；教育部产学合作协同育人项目（201901186011）；教育部产学合作协同育人项目（201901203004）；河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目（2016GGJS-196）第一作者简介：刘刚（1981―），男，河南新乡人，讲师，博士，主要从事汽车底盘电子控制技术研究。
15轮毂驱动电动汽车复合制动防抱死协调控制及舒适性研究刘 刚，于汇泳，侯锁军（河南工学院 车辆与交通工程学院，河南 新乡 453003）摘要：针对轮毂驱动电动汽车电机-液压复合制动系统的协调控制问题和舒适性问题，提出了基于滑模变结构控制算法和模糊算法的控制策略，首先利用滑模算法根据车辆状态参数来计算电动汽车所需的制动总转矩，再利用模糊算法根据制动踏板行程l 和电池SOC 来计算液压制动和电机制动转矩分配比例。
其中液压制动转矩作为汽车制动转矩中的基础制动转矩，用电机转矩调节车轮滑移率，以实现防抱死控制，并且由于液压制动轮缸的压力变化减少，制动舒适性得以提高。
最后采用Matlab/Simulink 、Amesim 和Carsim 软件联仿，分别进行高附着和低附着路面仿真，仿真结果表明复合制动系统的防抱死协调控制策略不仅有效，而且改善了ABS 介入时的舒适性。
关键词：车辆动力学；防抱死控制系统（ABS ）；滑模控制算法；复合制动中图分类号：U461.2 文献标识码：A 文章编号：2096–7772(2020)02–0015–06轮毂电机驱动电动汽车的发展，可以有效应对汽车尾气排放造成的环境污染等问题。
电动汽车多采用制动能量回收技术以有效节省能源，但制动能量回收技术中的电机制动存在转矩不足的问题，多数研发机构采用液压-电机复合制动系统来改善这一问题。
微型电动车轮毂电机的磁热耦合分析_陈齐平
图3
磁通密度云图
（ 4） 式中： P Feμ 为单位质量铁芯总损耗； P h 为单位质量磁 滞损耗； P e 为单位质量涡流损耗； P ex 为单位质量附 加损耗； k h 为磁滞损耗系数； k e 为涡流损耗系数； k ex 为附加损耗系数； f 为铁芯实际磁通频率； B m 为铁芯 磁通密度最大值。 永磁体涡流损耗是由于永磁体的电导率较高， 当外磁场变化时， 永磁体内会感应出涡流而产生涡 流损耗导致发热。轮毂电机永磁体采用的钕铁硼的 磁通密度性能令人满意， 但它的温度系数较高、 耐热 性差， 当温度高到一定程度时会出现失磁现象 ， 从而 影响到电动机的整体性能。 为此， 精确分析和计算
1. Chongqing University，State Key Lab of Mechanical Transmission，Chongqing 400044 ； 2. School of Mechanical and Electrபைடு நூலகம்cal Engineering，Eastchina Jiaotong University，Nanchang 330013 ； 3. Changan Automobile Co． ，Ltd． ，Chongqing 400023
2013 （ Vol． 35 ） No． 7
陈齐平， 等： 微型电动车轮毂电机的磁热耦合分析
· 595 ·
式中： I 为每相绕组的电流； R τ 为每相绕组在 τ 时的 ℃ ； R0 为每相绕组在 0℃ 时电阻； λ τ 为温度， 电阻， 为电阻温度系数。 铁芯在交变的磁场中会产生铁芯损耗， 目前工 ［7 － 9 ］ 。 程上普 遍 采 用 Bertotti 等 人 提 出 的 分 析 理 论 根据产生发热的机理不同， 进行分离后叠加求出铁 芯损耗， 铁芯损耗可分为涡流损耗、 磁滞损耗和附加 忽略铁芯中轭部和齿部的加工情况 损耗。计算时， 与磁通密度的不同， 得
电动汽车电机轴断裂的有限元分析
0l aagmiEE t echnic FORUMSPECIAL PURPOSE VEHICLE电动汽车电机轴断裂的有限元分析Finite Element Analysis of Electric Vehicle Motor Shaft Broken李浩亮方劲松林文干杨超起LI Hao-liang et al东风汽车股份有限公司商品研发院湖北武汉430057S P E CI ALP U R P O S EV E HI CL E 摘要:针对一辆电动汽车样车在试车过程中出现的电动机断轴事故,依据其失效模式用有限元方法分析其失效原因，通过静强度计算、模态分析、转子动力学分析等工作，评估失效原因可能是电动机转速超速而产生扭转共振和弯曲共振导致电动机轴断裂，排除了结构设计和零部件质量等因素。
基于分析结果，在电动机控制软件中加入防止超速的控制策略，在后续可靠性试验和售后市场中再未出现此类失效。
关键词:电动汽车断轴有限元分析Abstract Aiming at the motor shaft breaking failure of a sample electric vehicle in thetest run,the failure reason is analyzed by finite element method according to itsfailure mode.Through static strength calculation,modal analysis,rotor dynamicsanalysis and other work,it is evaluated that the breaking failure reason may be thetorsional resonance and bending resonance caused by motor speed overspeed ratherthan the structural design or parts quality.Based on the analysis results,the controlstrategy to prevent overspeed is added into the motor control software,and no suchfailure occurs in the subsequent reliability test and after-sales market.Key words electric vehicle;motor shaft broken;finite element analysis中图分类号:U469.72文献标识码:A文章编号：1004-0226(2021)01-0092-05第一作者：李浩亮，男，1983年生，高级工程师，主要从事汽车和发动机CAE、NVH方面的研究工作。
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北京力学会第18届学术年会论文集：计算力学
Ⅵ-73
电动汽车轮毂式驱动电机有限元分析
尚军军 杨庆生
（北京工业大学机电学院，100124）
摘要：本文确定了电动汽车轮毂式驱动电机的参数，采用了分数槽的方式，有效地减小了
电动机运转时所产生的转矩脉动。利用有限元软件对电动机的磁场进行了分析和计算，在
ANSYS中导入2-D模型，并对该模型进行划分网格、加载、求解，得到永磁直流电机的磁
场磁力线分布图、磁通密度模值、磁通密度矢量显示图、磁场强度分布图等分析结果，说
明了采用分数槽的钕铁硼永磁直流电动机具有磁性能好，磁化均匀，利用率高等优势。
关键词
：
永磁无刷直流电动机，分数槽，有限元
一、 轮毂式驱动电机的参数选择
通过查阅文献，本文采用适合作轮毂驱动电机的三相永磁无刷直流电动机。从减少
电动机的定子齿槽引起的转矩脉动，从而降低电动机运转时产生的噪声的角度出发，采
取分数槽技术。分数槽
[1]
是指电机的每极每相槽数为分数，它提高了槽满率，改善了反
电势波形的正弦性，提高了电动机的性能。电机的槽数为51，极数为46，永磁材料为
钕铁硼，它的额定数据如表1所示。
表1 轮毂式驱动电机的额定参数
额定功率 额定转速 额定运行电压额定运行电流最大转矩 起动转矩倍数
2.7kw 1000r/min 216v 14A 50Nm 5
二、 轮毂电机的有限元分析
首先创建有限元模型[2]。进入偏好设置，选择电磁分析选项中的Magnetic-Nodal, 设
置好分析类型。进入前处理器并定义单元类型为Magnetic Vector下的Quad 8 node 53。
定义材料属性：空气的相对磁导率值为1，材料编号为1；转子壳材料编号为2，相对磁
导率为8000；永磁体材料编号为3，相对磁导率为1.14，磁化方向为X轴正方向，永磁
体的矫顽力为755740A/m。电磁场分析模型可用AUTOCAD绘制并生成面域的SAT图
形导入。导入后将其转化成ANSYS模型，并显示出来，对其进行布尔操作，使各个不
同的面分开。建立局部坐标系，确定永磁体的充磁方向，通过三点在46个磁钢上建立
46个局部坐标系。其次，进行网格剖分。给几何图形中各部分分配单元及材料属性，单
北京力学会第18届学术年会论文集：计算力学
Ⅵ-74
元类型都选用1号单元，材料属性按前面的定义进行选择。将Smart Size调节到2；在
shape中选择Quad四边形，使用自由划分free来划分网格。划分结束后退出前处理器并
将网格剖分结果模型存储。网格剖分结果如图1所示。然后施加载荷及边界条件。先选
择分析类型，本文做的是静态磁场分析，永磁体做磁场激励源，在前面定义材料性质时，
已定义了矫顽力的大小和方向，不再需要定义载荷，边界条件施加到空气场两侧。接下
来进行求解计算，ANSYS的求解计算是自动完成的。最后是后处理。后处理得到磁场
磁力线分布图、磁通密度模值、磁通密度矢量显示图、磁场强度分布图、磁场强度矢量
图等，其中磁场磁力线分布图、磁通密度模值、磁场强度分布图分别如图2-图4所示。
图1 网格剖分结果 图2 磁场磁力线分布 图3 磁通密度模值 图5 磁场强度分布
三、 结论
由以上分析可得磁通密度的最大值为2.285T，磁场强度的最大值为942604A/m，与
理论计算值基本符合。利用ANSYS进行磁场分不但大大缩短了传统的磁路计算的时间，
而且能得到较高的精度，便于磁路的优化设计。采用分数槽的钕铁硼永磁直流电机具有
优异的性能，符合电动汽车轮毂电机的要求。
参 考 文 献
1 谭建成.三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合规律研究[J].微电机,2007；(40):72-86
2 邓凡平.ANSYS10.0有限元分析自学手册,人民邮电出版社，2007