轻型电动汽车电子差速器设计

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1、万方数据第18卷第4期2010年12月厦门理工学院学报JournalofXiamenUniversityofTechnologyV01．18No．4Dec．2010轻型电动汽车电子差速器设计方遒，黄展华，谢丽萍(厦门理工学院机械工程系，福建厦门361024)[摘要]针对双轮毂电机独立驱动的轻型电动汽车，根据汽车转向行驶时内、外侧车轮转速与转向角和车体速度之间的关系，提出了一种基于方向盘转角和车轮转速的电子差速控制方案；设计了硬件电路、实时差速计算算法，并编写了汇编语言程序；进行电路调试验证了该差速器设计的可行性．[关键词】轻型电动汽车；电子差速器；差速算法；硬件电路[中圈分类号]

2、U463．67+4[文献标志码]A[文章编号]1008—3804(2010)04—0024—06轮毂电动驱动的汽车每个驱动轮都带有一个独立驱动电机，这既消除动力传动中的机械磨损，提高传动效率，又具有较小的体积和重量，所以在轻型电动汽车应用方面有着独特的优势⋯．当汽车转弯或行驶在不平路面上时，左右驱动轮须以不同的转速滚动，传统的汽车是通过机械差速器实现这个功能的．常用的对称式锥齿轮差速器，其内摩擦力矩很小，可近似认为左右半轴的转矩是平均分配的，这样的分配比例对于车辆在良好路面上的行驶，其运行状态都是满意的．目前，一些新型的差速器仍在研究中．本文设计所针对的汽车是轮式驱动的电动汽车，

3、每个驱动轮(后轮)都能独立提供动力，因此不需要差速齿轮，其差速功能主要由电控系统完成，即电子差速控制¨。J．文中根据后轮驱动的轮式驱动电动车的特点，提出了一种基于电动轮转速调节的差速方案，采用方向盘转角控制电动轮差速，并以轮速为反馈信号进行差速校正，再结合加速踏板位置传感器，将最终的控制信号传给相应的电动轮控制器．1差速控制系统设计1．1差速系统数学模型本设计是针对车速不高于50km／h的电动汽车而言，可根据现有的Ackerman-Jeantand转向模型¨．31进行数学建模，该模型如图1所示．图中0点为车辆转弯时的速度瞬心，L为车轮轴距，艿为平均转向角度，D为后轮轮距，∞内为内

4、驱动轮转速，O．7外为外驱动轮转速，／．7内为内驱动轮轴心速度，t，扑为外驱动轮轴心速度该分析模型的假设条件为：1)车体刚性；圈1Ackenllan-deantand模型Fig．1Ackerman-Jeantandmodel2)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)轮胎侧向变形和侧向力成正比，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‘1—21；由该模型可知：[收稿日期]2010—10一18[修回日期]2010—11—30[基金项目】福建省教育厅科技项目(JA09222)；厦门市科技计划项目(3502220103039

5、)[作者简介】方道(1967一)，男，福建漳州人，高级工程师，硕士，从事汽车电子技术研究．万方数据第4期方道，等：轻型电动汽车电子差速器设计R=L／tan6(1)口内27内∞内=尺内(cJo=(R—D／2)tOo(2)勘外=7外∞外=R外∞o=(尺+D／2)tOo(3)7内=r外(4)式中，∞。为车辆转弯角速度，r内、r井分别为内外驱动轮的半径．由上述各式可得车辆转弯时内外驱动轮转速的关系式：∞内=∞外=(L／tan艿一D／2)／(L／tan8+D／2)(5)这样，在车辆转弯时，只需给出外轮的转速，内轮的转速便可由上式得出，本差速器正是依据此关系进行设计．1．2差速控制系统模型建

6、立硬件电路的基本实现形式为：方向盘转角信号采用电位计获得，并采用ADC0809将其转换为数字量，加速踏板位置信号采用电位计获得，差速计算单元采用AT89S52单片机，其输出的数字量采用DAC0832转换为模拟量，车轮转速由转速传感器获得．在单极性模拟电压环境下，DAC0832的输出电压与输人数字量P的关系为：VoUT=一P·(‰F／28)(6)f=7式中，P=∑2'pi，P；为第i位输人数字量，其值为“0”或“1”，‰，为参考电压．这说明DAC0832的输出量与参考电压成正比．当DAC0832的8位输入量都为“l”时：i='VoUT=一P·(‰F／28)=一∑2‘·(‰，／28)

7、=一255／256·％，一一‰F(7)由上式可知，DAC0832的输出电压与参考电压数值上相当．如果此时将加速踏板电压作为DAC0832的参考电压，则输出电压数值上就可以近似为加速踏板电压．这样，在车辆转弯或直线行驶时，通过控制单片机对外轮的输出为11111111B，就可以达到由加速踏板直接控制外轮转速呈比例变化的效果．转弯时，内轮转速再依据式(5)进行调整．这样，也就可以达到转弯时驱动车轮转速根据方向盘转角进行协调，整体车速由加速踏板控制的效果．确定如图2所示的差速主控制系统的