轮毂电机驱动电动汽车的制动系统

轮毂电机驱动系统在电动汽车上的应用作者：吕金山秦滔文学肖建军来源：《今日自动化》2021年第11期[摘要]輪毂电机驱动系统被应用于电动汽车之上，有着较为优良的表现。

轮毂电机驱动系统在应用在呈现部分问题，例如电动汽车生命周期管理、汽车运行可靠性等，针对此类问题对轮毂电机驱动系统实际应用中进行改进优化，加装冷却风扇、使用电子差速控制系统、控制零部件质量等。

通过这些技术优化和改进，进一步提升了轮毂电机驱动系统在电动汽车上的应用广度和深度，为电动汽车发展添砖加瓦。

[关键词]轮毂电机;电差速;电动汽车;应用分析[中图分类号]U469.72 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–00–02Application of Hub Motor Drive System in Electric VehicleLV Jin-shan， Qin Tao， Wen Xue， Xiao Jian-jun[Abstract]Hub motor drive system is applied to electric vehicle， which has a better performance. The application of hub motor drive system presents some problems， such as electric vehicle life cycle management， vehicle operation reliability， etc. in view of these problems， the practical application of hub motor drive system is improved and optimized， such as adding cooling fan，using electronic differential control system， controlling the quality of parts， etc. Through the optimization and improvement of these technologies， the application breadth and depth of hub motor drive system in electric vehicles are further improved， which contributes to the development of electric vehicles.[Keywords]hub motor; electric differential; electric vehicle; application analysis轮毂电机技术在实际应用的过程中表现出了非常明显的优势，即占用资源较少、整车结构简洁、可利用空间较大、应对故障能力较强、车辆操控性能好等，并且通过对此技术的应用，还有效的实现了电子差速的有效控制。

《轮毂电机驱动电动汽车联合制动的模糊自整定PID控制方法研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，电动汽车的研发和应用日益广泛。

在电动汽车的驱动与制动系统中，轮毂电机驱动技术以其高效率、低噪音和低成本等优势备受关注。

为了进一步优化电动汽车的制动性能和稳定性，本文将针对轮毂电机驱动电动汽车联合制动的模糊自整定PID控制方法进行深入研究。

二、背景与现状分析电动汽车的制动系统在行驶过程中扮演着至关重要的角色，它不仅影响车辆的制动性能，还直接关系到行车安全。

传统的PID控制方法在电动汽车的制动控制中得到了广泛应用，但其在处理非线性、时变和不确定性的系统时，往往难以达到理想的控制效果。

近年来，模糊控制技术因其对复杂系统的良好适应性，逐渐成为研究热点。

因此，将模糊控制与PID控制相结合，形成模糊自整定PID控制方法，成为提高电动汽车制动性能的重要途径。

三、轮毂电机驱动电动汽车联合制动系统轮毂电机驱动电动汽车的联合制动系统由多个轮毂电机组成，通过控制各个电机的制动力，实现车辆的稳定制动。

该系统具有结构简单、制动力分配灵活等优点，但同时也面临着非线性、时变和不确定性等问题。

为了解决这些问题，本文提出了一种模糊自整定PID控制方法。

四、模糊自整定PID控制方法1. 模糊控制原理：模糊控制是一种基于模糊集合理论的控制方法，它通过模拟人的思维过程，对复杂系统进行近似处理。

在本文中，我们利用模糊控制器对PID控制的参数进行在线调整，以适应系统的非线性、时变和不确定性。

2. 参数自整定：根据系统的实际运行状态，模糊控制器对PID控制的参数进行实时调整。

通过不断地调整PID参数，使系统达到最优的控制效果。

3. 控制策略：在轮毂电机驱动电动汽车的联合制动系统中，我们采用模糊自整定PID控制方法对制动力进行分配和控制。

具体而言，我们根据车辆的行驶状态、路面情况等因素，利用模糊控制器对PID参数进行调整，以实现制动力的大化利用和车辆的稳定制动。

采用轮毂电机的四轮电动汽车性能分析杜廷义【摘要】电动汽车的推进系统一般由高速低转矩电动机和齿轮箱、变速箱、差速器等部件组成,驱动轮与电动机的间接耦合可以使电动机工作在最大效率点附近.为减少机械部件、减轻重量和增加空间,在推进系统中可以使用轮毂电机代替单台高速低转矩电机.使用轮毂电机的推进系统可以是两轮驱动、四轮驱动或其他驱动方式.然而,轮毂电机在全速度范围内工作时,不能确保电动机一直工作于最大效率点.通过分析四轮驱动轮毂电机的特性,对比城市交通的电动汽车推进系统的效率、重量和成本,得出混合驱动方式性能更好的结论.【期刊名称】《河南机电高等专科学校学报》【年(卷),期】2018(026)006【总页数】7页(P12-18)【关键词】电动汽车;效率;重量;两轮驱动;四轮驱动;轮毂电机【作者】杜廷义【作者单位】新乡医学院,河南新乡 453003【正文语种】中文【中图分类】TK05为了减少化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放量，在过去几年中，我国颁布了一系列严格的法规，并采取一系列措施调整产业结构，减少二氧化碳排放量，降低能源消耗强度 [1]，这些法规和措施对汽车工业有很大的影响。

事实上，运输行业的二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放量的20%，其中，道路运输占总排放量的19%。

电动汽车的能量转换（化学能到机械能）效率是内燃机（ICE）车辆的三倍以上[2-3]，随着电动汽车（EV）用户数量的日益增加，道路运输的二氧化碳排放量会逐渐减少。

此外，电动汽车没有内燃机的压缩和燃烧冲程，振动和噪音的减少还可以提高驾驶汽车的舒适度。

为了增加功率-重量比，提高驱动系统的功率密度，电动汽车制造商通常采用高速低转矩电机作为驱动。

这种配置需要使用离合器、变速器或变速箱向驱动车轮传递转矩，需要机械差速器在驱动轮之间分配转矩，而这些机械部件将传动效率降低了20%[4-5]。

为了进一步提高电动汽车推进系统的性能，减少冗余，降低成本，可以采用在驱动轮内直接安装低速大转矩电动机（轮毂电机）的方案。

电动轮毂驱动系统常见故障的解决办法随着科技的不断进步，电动轮毂驱动系统在汽车行业中得到了广泛应用。

然而，正如其他机械系统一样，电动轮毂驱动系统也存在一些常见故障。

本文将介绍几种常见故障，并提供相应的解决办法。

一、电动轮毂失效电动轮毂失效是电动轮毂驱动系统中最常见的故障之一。

这可能是由于电动机内部元件损坏、电路故障或电动轮毂控制单元故障引起的。

当电动轮毂失效时，车辆的动力将受到限制，甚至无法行驶。

解决办法：1. 检查电动轮毂电路是否正常。

检查电动轮毂电路的连接是否松动或损坏，并修复或更换受损的部分。

2. 检查电动轮毂控制单元是否正常工作。

使用专业的诊断工具对电动轮毂控制单元进行检测，并根据检测结果进行修复或更换。

二、电动轮毂噪音过大电动轮毂噪音过大是另一个常见的故障。

这可能是由于电动轮毂轴承损坏、齿轮磨损或电动机问题引起的。

噪音过大不仅会影响驾驶体验，还可能加速零部件的磨损。

解决办法：1. 检查电动轮毂轴承是否损坏。

如果发现轴承损坏，应及时更换。

2. 检查电动轮毂齿轮是否磨损。

如果齿轮磨损严重，应进行修复或更换。

3. 检查电动轮毂电机是否正常工作。

如果电机存在问题，应及时修复或更换。

三、电动轮毂制动失效电动轮毂制动失效是一种非常危险的故障，可能导致车辆无法停下或制动力不足。

这可能是由于制动系统液压故障、制动盘磨损或制动片磨损引起的。

解决办法：1. 检查制动系统液压是否正常。

如果发现液压故障，应修复或更换液压元件。

2. 检查电动轮毂制动盘是否磨损。

如果磨损严重，应进行修复或更换。

3. 检查电动轮毂制动片是否磨损。

如果磨损严重，应及时更换。

四、电动轮毂温度过高电动轮毂温度过高可能是由于电动轮毂电机过载、电机冷却系统故障或制动过程中能量转化不完全引起的。

过高的温度可能导致电动轮毂内部元件损坏。

解决办法：1. 检查电动轮毂电机是否过载。

如果电机过载，应减少负载或增加冷却措施。

2. 检查电动轮毂冷却系统是否正常工作。

轮毂电机在电动车应用概述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。

专利名称：轮毂电机电动汽车制动系统专利类型：实用新型专利
发明人：孟庆华,赵婷婷,蔡怀玉,陈堂禄申请号：CN201620435025.9
申请日：20160512
公开号：CN205736983U
公开日：
20161130
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了轮毂电机电动汽车制动系统。

传统电动汽车上的制动系统制动力大小难以控制，蓄电池反复充放电，寿命低。

本实用新型中每个车轮内部都集成有轮毂电机、电机控制器、行星减速器和磁粉制动器；每个轮毂电机由一个电机控制器控制；轮毂电机经行星减速器连接磁粉制动器，磁粉制动器输出轴与轮毂采用螺栓连接；齿圈与减速器外壳构成转动副，并与减速器外壳通过多个电磁执行器连接；电磁执行器通过控制齿圈来轮毂电机与车轮之间动力传输的通断。

本实用新型有效分配回馈制动力与非回馈制动力；回馈制动力优先供车载电器使用；汽车紧急制动时，齿圈空转，保护电机。

申请人：杭州电子科技大学
地址：310018 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街
国籍：CN
代理机构：杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：杜军
更多信息请下载全文后查看。

- 78 -工 业 技 术１　轮毂电机驱动技术的研究现状分析在20世纪50年代初期，在美国进行了一项创造性的实践探索与研究，不仅将车轮轮毂内置入了驱动电机和传动装置，而且还将制动系统也装入其中，这就是现如今我们所见到的轮毂电机最初造型结构，后来经过不断改进，20世纪60年代末，这种轮毂电机被首次用在了大型矿用自卸车上，使其初次具有了实用性应用效果。

而在之后的几十年当中，轮毂电机始终被应用于电动汽车领域，而其首次被应用于电动自行车上，则是在我国制造并实现的，这就是在1990年，最先由清华大学研制开发的半轴结构式高速有刷轮毂电机，与此同时，还将这种轮毂电机应用到了电动自行车上，以此来为电动自行车提供了完整的驱动系统。

在此之后，还有无数的专家学者也对该项技术展开了更深层次的探究。

尤其在进入20世纪90年代后，在轮毂电机为电动自行车提供驱动技术之时，其结构主要是内转子结构，而随着技术的不断更新与成熟应用，逐渐有了外转子结构的轮毂电机，而且这一技术已经成为当前的主流应用技术。

这种轮毂电机最大的优点，就是结构简单、性能稳定，而且具有较为宽泛的调速范围，同时还没有过多的噪声产生，运行效率也极高。

但它也存在一定的缺陷，那就是转速较低，且过载能力较差，同时针对电磁设计也具有相当高的标准要求。

随着我国的电动自行车越来越多地使用直流有刷轮毂电机，而越来越少地使用交流异步轮毂电机，直至2000年以后，人们研发出了直流无刷轮毂电机，进而在2004年，随着相关技术取得重大突破，直流无刷低速轮毂电机成了主流。

逐步发展到近些年，在永磁材料和控制技术都取得了巨大进步的同时，永磁同步电机和开关磁阻电机等类型的轮毂电机问世。

综合上述分析可知，无论是车身结构的不断改良，还是控制器和蓄电池技术的不断发展，都使电动自行车行业的产业发展获得了强大推动力，而轮毂电机技术作为以上技术的基础，同时也是最关键的一项技术，也不断扩大发展。

现阶段，轮毂电机的主要形式仍以直流有刷以及直流无刷为主，这2种电机结构不仅复杂，而且稳定性并不高，同时运行效率也无法令人满意，使车辆的性能无法得到显著提升；虽然永磁同步电机以及开关磁阻电机的各项性能都比较好，但因其在电动自行车领域的应用仍处在一个实验阶段，还有很多问题需要继续改进。

电动汽车轮毂电机原理及安装一、电动汽车轮毂电机原理1.结构：电动汽车轮毂电机由电机、减速器、制动系统和轮胎组成。

电机位于轮毂内部，将电能转化为机械能；减速器可通过多级减速实现最佳转速；制动系统用于控制车辆的制动力；轮胎提供与马路之间的摩擦力。

2.直接驱动：电动汽车轮毂电机的驱动方式是直接驱动，即电机将能量直接传递给轮胎，使车辆前进。

相比传统的内燃机驱动方式，减少了传动系统中的能量损失，提高了传动效率。

3.动力输出：电动汽车轮毂电机的动力输出可以通过电机的电流、电压或频率来调节。

通过调节电机的输出参数，可以实现车速的控制。

4.回收能量：电动汽车轮毂电机能够实现能量回收。

当车辆减速或刹车时，电机可以将动能转化为电能储存在电池中，从而延长车辆的续航里程。

二、电动汽车轮毂电机安装1.拆卸轮胎：首先需要将车辆的轮胎拆卸下来，以便进行后续的安装操作。

注意安全，使用专业工具进行拆卸。

2.安装电动机：将电动机放置在轮毂内部，并与轮毂固定，以确保电动机与车轮的传动连接牢固可靠。

3.安装减速器：将减速器安装在电动机和车轮之间，以实现最佳的转速匹配。

根据车辆的需求，可以选择不同的减速比。

4.连接电源线路：将电动机的电源线路与电池进行连接，确保电动机能够正常供电。

注意电源线路的安全与可靠性。

5.安装制动系统：根据车辆的需求，安装相应的制动系统以实现对车辆制动力的控制。

制动系统需要与电动机和车轮相连，以确保安全。

6.安装轮胎：最后，将轮胎安装回车辆，确保轮胎与轮毂紧密贴合。

注意轮胎的安全和平衡性。

在安装电动汽车轮毂电机时，需要注意以下几点：1.安全：安装前确保车辆停稳，并采取相应的安全措施，避免意外伤害。

2.可靠性：根据车辆的需求和负载情况选择合适的电动机和减速器，确保安装后的电动汽车能够正常工作。

3.效率：考虑电机的转速范围和工作效率，确保为车辆提供足够的动力和续航里程。

总之，电动汽车轮毂电机利用直接驱动的原理，将电能转化为机械能，为车辆提供动力。

轮毂电机：分布式驱动系统的典型代表分析报告2018年1⽉出版正⽂⽬录1、轮毂电机：分布式驱动系统的典型代表 (4)1.1、新能源汽车驱动系统：集中式是当下主流，分布式是未来趋势 (5)1.2、发展历程：美⽇研究较早，国内依靠并购引进国外先进技术 (8)2、轮毂电机驱动或是未来新能源车最具前景的底盘技术 (10)2.1、轮毂电机优势显著，市场前景可观 (10)2.2、成本⾼、整车配套改造技术尚未成熟仍是制约轮毂电机产业化的主要原因 132.3、轮毂电机或率先在商⽤车领域推⼴，逐步过渡到乘⽤车市场 (14)3、轮毂电机⾏业竞争格局 (15)3.1、PROTEAN ELECTRIC：全球轮毂电机系统开发与商业化的领导者 (16)3.2、ELAPHE：欧洲著名的轮毂电机⽣产企业，积极推进产品研发 (19)3.3、轮毂电机产业领域其他布局 (20)4、国内公司 (21)4.1、万安科技：牵⼿轮毂电机巨头PROTEAN，合作开拓中国市场 (21)4.2、亚太股份：国内制动系统⾏业龙头，合作ELAPHE 布局轮毂驱动电机 (23)5、投资建议 (24)6、风险提⽰ (24)图表⽬录图表 1：传统汽车传动⽅案 (4)图表 2：Protean轮毂电机爆炸图 (4)图表 3：传统汽车、集中式驱动纯电动车和轮毂电机驱动纯电动车驱动系统性能对⽐情况 (6)图表 4：轮毂电机的驱动⽅式可分为减速驱动和直接驱动 (6)图表 5：内转⼦轮毂电机参数 (7)图表 6：外转⼦轮毂电机参数 (7)图表 7：四种主要类型电机的性能⽐较 (8)图表 8：轮毂电机发展历史 (8)图表 9：我国在轮毂电机和电动轮⽅⾯产业并购加快 (10)图表 10：轮毂电机在新能源汽车上的分布 (11)图表 11：轮毂电机可以实现原地转向 (11)图表 12：轮毂电机可以匹配纯电动、混合动⼒和燃料电池电动车等新能源车型 (12)图表 13：轮毂电机可能会使汽车的簧下质量增加 (13)图表 14：BDIMS轮毂电机簧下减重结构⽰意图 (13)图表 15：采⽤轮边电机的⽐亚迪K9 (15)图表 16：Protean Drive?系统参数 (16)图表 17：不同车型与⾏驶⼯况对扭矩的需求 (17)图表 18：Protean Drive?系统应⽤场景 (17)图表 19：Elaphe轮毂电机产品系列 (19)图表 20：Protean&Elaphe部分产品性能⽐较 (19)图表 21：德国明斯特市14号线路上运⾏的轮毂电机驱动公交 (20)图表 22：⼀汽轮毂电机驱动技术底盘参数 (21)图表 23：2011-2015公司产品在全国的排名情况 (23)轮毂电机：分布式驱动系统的典型代表新能源汽车的兴起带来产业链上游关键零部件的更新浪潮，轮毂电机作为典型的分布式驱动系统，具有⼴阔市场前景。