开 题 报 告
填表说明：题目类型：1.工程设计;2.应用研究;3.理论研究;4.其它 题目来源: a.自拟课题b.民用科研课题c.国防科研课题篇2：开题报告 样板 = 本科毕业论文（设计）
开 题 报 告
论文题目
直流无刷轮毂电机驱动系统设计
班
级 姓
名
院（系） 导 师 开题时间 天津职业技术师范大学本科毕业论文（设计）—开题报告 1．课题研究的目的和意义
汽车是现代社会生活所必不可少的一种交通运输工具。据资料统计，当今世界，汽车保有量已超过8亿辆，年产量达到6000万辆。虽然汽车的广泛使用使我们的生活便利快捷，但是这也不可避免地造成了严重的的资源短缺和环境污染问题。汽车不仅消耗着大量的石油资源，调查还表明：每年汽车尾气约排放2亿吨有害气体，占大气污染总量60%以上[1]。随着地球上石油资源的大量减少和环境污染日益严重，我们迫切地需要设计出一种低消耗轻污染的交通运输工具。电动汽车便应运而生。为了尽快降低燃油汽车的排放，美日等国正在广泛研制混合动力汽车，目前己经开始小批量商业化生产[2,3]。可以预言，在全球性大力推进研究开发电动汽车技术的21世纪，电动汽车的产业化并进入商业营运市场的实用化时期必将到来[4]。
新能源电动汽车是在工业革命期间直流电机驱动的电动汽车（electric vehicle)的基础上发展起来的现代交通工具。电动汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车，相比较于传统的内燃机汽车，它污染、噪声低，能源利用率高，结构简单，使用维修方便。大面积推广和使用电动汽车是解决燃油汽车所带来的能源和环境问题的有效途径，因此，世界各国政府和各大汽车制造商都对开发出具有优越性能的电动汽车做了大量投入。从20世纪70年代起，世界发达国家均投入巨资进行电动汽车的商业化开发和应用[5]。由于我国的工业基础相对薄弱，在汽车的核心技术方面与发达国家之间存在着较大的差距，并且西方大国也对我国实行技术封锁，因而我们国家想要在这些领域取得重大成就是难上加难。而相对于传统工业技术方面的差距，我国在新能源汽车技术方面与其他国家的差距较小，很多技术成果甚至达到世界先进水平，因此我国必须紧紧抓住这一重大发展机遇，大力发展和研究电动汽车，使电动汽车的研发和产业化程度跃居世界先进国家前列[6]。 电动汽车多数采用轮毂电机驱动技术。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，主要体现在以下几点：省略大量传动部件，让车辆结构更简单；可实现多种复杂的驱动方式；便于采用多种新能源车技术等。不过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。
无论是纯电动汽车、混合动力电动汽车还是燃料电池电动汽车，车用驱
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动电机系统既是关键技术又是共性技术[7]。由于车用驱动电机工作环境恶劣，同时又要求其具有低速大扭矩、调速范围宽、过载能力大、成本低等要求，因而该系统的开发难度较大。车用驱动控制系统包括电机本体，逆变器，控制系统等部分，其中控制系统是其核心部分。但是纵观国内各大汽车厂家，电动汽车驱动系统的控制器却基本采用进口产品，这对我国电动汽车产业的发展是很不利的。所以，我们要加大力度研发具有自主知识产权的电动汽车驱动系统控制器，本次设计正是从这个角度出发，深入研究了以直流无刷轮毂驱动电机为控制对象的控制器。该控制器未来将具有很大的发展空间。 2．国内外研究现状 2.1国外研究现状
美国在新能源技术方面的研发和应用一直处于世界先进水平。近年来美国能源部与通用和福特两大汽车商合作研究开发未来的新能源汽车，主要以整车集成研发为主导，包括发动机标定、技术研发、电控系统验证与测试。2002年1月7日，通用汽车继福特汽车在北美车展上，推出了多款融合现代科技的燃料电池汽车，随后克莱斯勒公司也相继推出了自己的混合动力电动汽车(hev)，这些新能源汽车的推出被认为是确定了未来汽车的发展趋势。进入新世纪以来，美国新一代的新能源汽车如电动车、油电混合车和体积小的节能车占据了新能源汽车的领导地位[8]。对于轮毂电机的应用，美国也一直处于世界先进水平。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。美国通用汽车公司2001年试制的全新线控四轮驱动燃料电池概念车autonomy采用轮毂驱动形式，于2005年推出后轮采用轮毂驱动系统的燃料电池电动车sequel（如图1），该车前端采用集中电机驱动，后轮采用两个轮毂电机驱动，3个电机总功率达到110kw，续驶里程达到500km。轮毂驱动系统灵活的控制与布置方式，使得该车能更好地实现线控技术[1]。
日本的电动车开发经历了三次高峰：第一次，1970年，经济高速增长，空气高污染，但是使用铅蓄电池，可靠度低，加上高峰电力需求不能满足，所以没有成功推广；第二次，1990年以后，政府出台法律，一部分企业必须生产电动汽车，日本开始研发第二代电动汽车；第三高峰，2000年以后，油 天津职业技术师范大学本科毕业论文（设计）—开题报告
价迅速上涨，加上环境污染的压力，电动汽车开发速度开始加快。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十几年中，研制的iza、eco、kaz等电动汽车均采用轮毂电机驱动技术，其中kaz经典的结构与卓越的性能使其至今仍是轮毂驱动型电动汽车开发的典范。日本的各大公司也在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finezn等等 [9]。1996年底，丰田公司在北京国际电动汽车展览会上展示了用于电动汽车的永磁无刷直流电动机，它将电动机，机械差速器，制动器和传感器等一体化设计，采用同轴结构，此组合部件直接驱动两个车轮，结构新颖、紧凑，表征了轮式驱动的一个发展方向[10]。 图1 sequel电池车底盘系统 欧洲国家则凭借其汽车厂商在柴油发动机上强大的技术优势，在清洁柴油乘用车方面的发展最为迅速。英国pml flightlink公司研制的轮毂电机，目前主要应用在volvo rechange c30混合动力汽车和ford-50纯电动汽车上，其电机的设计比较特殊，电机由几个可单独运行的子电机系统构成，电机运行时由各个子电机系统共同提供转矩和功率，即使有某个子电机系统损坏，也不至于整个电机停止运转[11]。但由于各个子电机系统都需要一个由逆变器和功率器件组成的控制系统，控制系统复杂，成本高。同时，受电机内部空间的限制，电子元件的体积很小，控制器焊接困难。而且每个子电机的控制系统都置于电机内部，使得电机系统结构复杂，温升较高，维护困难。
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利用，永磁体粘贴在转子上，通过增加永磁体的体积提高了电机的性能，但同时增加了电机成本。在相同技术指标的前提下，该电机定子绕组的用铜量少，热损耗小，效率高。电机定子齿是独立的，有利于绕线，但同时对齿的固定提出了更高要求，加工工艺复杂，成本较高[12]。 图2 转子结构图 2.2国内研究现状
我国几年前就提出了“混合动力汽车—电动汽车—燃料电池汽车”的发展模式，并在十二五规划中明确推出现阶段重点发展新能源电动汽车的科研和产业化。奇瑞汽车在2010年深圳车展会上推出了增程式电动车瑞麒xl一reev，该电动汽车搭载了336v功率的电驱动系统，并配备了60ah的高性能锂电池。我国已能自主研发200kw以下永磁无刷电机，电机重量比功率超过1300w/kg，电机系统最高效率达到93%。在2008年北京奥运期间，北京市政府集中投入了595辆自主研发的混合动力、纯电动及燃料电池汽车，实现奥运史上最大规模的电动汽车示范运行。中船总公司724研究所的四轮电动汽车，其电动机性能指标为：额定功率3kw，额定转速3000r/min，额定电压为110v[13]。
我国轮毅电机技术虽然起步较晚，但近几年随着国家“863”计划电动汽车重大课题研究的深入，各高校对该技术的研究也有所加强，如同济大学研制出的“春晖一号”和“春晖二号”等。
1124777777888899991010111112 - 有重要意义。与国外相比，尽管国内对6000系铝合金材料的研究刚起步，但为了赶上世界汽车工业的发展水平，国家高技术发展委员会及国家教育部分别设立了关于6000系车身板的研究项目，旨在研制出一种具有我国自主知识产权的适用于汽车外身板的铝合金制造工艺技术。
汽车零部件的轻量化，特别是一些关键零部件材料，如发动机活塞、连杆、转子和叶片等运动部件的轻量化，对提高发动机效率、减轻汽车自重和降低能耗、减少尾气排放及噪音污染是有显著提高的[3-4]。零部件材料轻量化的一项重要措施就是以铝代钢。铝合金具有比重轻、易成型、比强度高、耐腐蚀性好等特点，作为轻金属广泛应用于汽车零部件上。
铝合金在汽车上的应用优势主要有以下几点：
（1）汽车轻量化，节约降耗，有利环保。汽车铝合金零件可回收再利用。铝合金的熔点低，便于重熔回收。
（2）减少工序，提高装配效率。铝合金汽车整体构架焊点少，减少了加工工序，同时相对于钢铁，无需防锈处理。
（3）安全舒适。铝合金材料在减轻汽车自重的情况下，车身重心也降低，汽车行驶更稳定、舒适。同时，铝合金材料的性能以及车身的构造，能充分吸收撞击时的能量，故而更加安全。
（4）提高燃油效率，加大载重能力。铝合金材料在汽车上的应用在减轻汽车自重的同时提高汽车的载重，增大汽车的运输效率，降低运输成本。
为使铝合金获得一定的性能要求，人们做了许多研究工作，其中铝合金的第二相强化（又称热处理强化）是铝合金的主要强化方法[7]，因为合金中强化相的数量、大小、形状和分布是影响合金强度的关键因素，因此，增加合金中的强化相数量可以明显提高合金的力学性能[8,9]。热处理不仅可以改变铝合金的加工工艺性能，更重要的是可以改善其使用性能，显著地提高铝合金的机械性能。经过热处理强化后的al-mg-si合金具有中等强度，冲击韧性高，对缺口不敏感，有极好的热塑性，可以高速挤压成结构复杂、薄壁、中空的各种型材或锻造成结构复杂的锻件，其淬火温度范围宽，淬火敏感性低，焊接性能和抗腐蚀性优良，无应力腐蚀开裂倾向，是热处理可强化合金中唯一没有应力腐蚀开裂现象的合金。由于铝没有同素异构转变，故铝合金的热处理强化方法与钢不同，铝合金的热处理一般多采用固溶+时效处理，通过固溶处理，使合金元素和第二相固溶于基体，并在随后的时效处理中均匀析出细小的强化相，达到强化的效果。
