马来西亚电动车技术总结部分编撰成书Word格式文档下载.docx
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额度电压48V；
额度电流12A。
第二章.直流无刷电机结构及控制原理
第三节.三相三绕组两极无刷直流同步电机结构
Fig1.2.1三相三绕组两极无刷直流电机定子绕组的联结方式
Fig1.2.1显示了定子绕组的联结方式（转子未画出），三个绕组通过中心的连接点以“Y”型的方式被联结在一起。
整个电机就引出三根线A,B,C。
当它们之间两两通电时，有6种情况，分别是AB,AC,BC,BA,CA,CB，Fig1.2.2（a）~（f）分别描述了这6种情况下每个通电线圈产生的磁感应强度的方向（红、兰色表示）和两个线圈的合成磁感应强度方向（绿色表示）。
Fig1.2.2不同通电情况下磁场分布情况
在Fig1.2.2（a）中，AB相通电，中间的转子（图中未画出）会尽量往绿色箭头方向对齐，当转子到达Fig1.2.2（a）中绿色箭头位置时，外线圈换相，改成AC相通电，这时转子会继续运动，并尽量往Fig1.2.2（b）中的绿色箭头处对齐，当转子到达Fig1.2.2（b）中箭头位置时，外线圈再次换相，改成BC相通电，再往后以此类推。
当外线圈完成6次换相后，内转子正好旋转一周。
何时换相只与转子位置有关，而与转速无关。
第四节.直流无刷电机换相与调速原理
由于无刷电机没有机械换相机构，那么就需要检测转子的位置，从而指导绕组换相。
关于转子位置的检测，一种比较简单的方式是用光电编码盘，如图Fig1.2.3所示。
但是由于其价格贵，而且如果要应用在电机上，需要一系列机械装置，必然会增加电机的质量，对于节能车的减重是不利的。
Fig1.2.3一种四位二进制编码盘
其次是用霍耳效应器件来测，简单来讲，霍耳效应测量器件可以根据转子不同位置时的不同磁场方向分布情况，而给出1或0的输出，一般在电机的不同位置上装三个霍尔传感器，就可测出转子的位置。
这就是所谓的“有感无刷电机的驱动”。
另外还有一种“无感”测量方式。
这种方式利用第三相的感生电动势来判断转子的位置。
无感驱动方式的优点在于省略了三个霍尔传感器，整套系统分量更轻，结构更简单。
其缺点在于启动比较麻烦，启动的时候可控性较差，要达到一定转速后才变得可控。
相比较于这几种方式，考虑到节能车在低速情况下人要求可控，而且霍尔传感器所增加的重量并不多，我们采用霍尔传感器的方式进行转子位置的检测。
无刷电机调速方式是用直流电压来控制。
电压越高，转得越快；
电压越低，转得越慢。
不过遗憾的是，单片机并不能输出可调的直流电压，于是只好变通一下，用脉宽调制（PWM）方式来控制电机的输入电压。
PWM占空比越高，等效电压就越高，占空比越低，等效电压就越低。
当然，单片机给出的PWM波形只是控制信号，而且最高电压也只有5V，其能量并不足以驱动无刷直流电机，所以必须要再接一个功率管来驱动电机。
功率管可以是MOSFET（场效应管），也可以是IGBT（绝缘栅双极晶体管）。
这就牵涉到无刷电机驱动电路的结构。
第五节.无刷电机驱动电路的结构
对于驱动电路，其牵涉到的知识比较多，在此只对换相电路做初步的总结。
对于换相电路，普遍采用的是六臂全桥驱动电路，Fig1.2.4为六臂全桥驱动电路的原理图。
Fig1.2.4六臂全桥驱动电路的原理图
Q1到Q6为功率场效应管，当需要AB相导通时，只需要打开Q1,Q4管，而使其他管保持截止。
此时，电流的流经途径为：
正极→Q1→线圈A→绕组B→Q4→负极。
这样，六种相位导通模式：
AB,AC,BC,BA,CA,CB分别对应的场效应管打开顺序为Q1Q4,Q2Q2,Q3Q2,Q3Q6,Q5Q6,Q5Q4。
Q1~Q6的每个场效应管旁边还并联着一个二极管，这是干什么用的?
无刷直流电机的调速是用PWM波形的占空比来调，上图中，采用的是H_PWM--L_ON方式来驱动的，也就是上臂采用PWM信号控制，而下臂常开的一种驱动方式。
比如在AB相导通时，单片机给Q1的栅极是PWM信号，而给Q4的栅极是常开信号，这样你就可以通过控制Q1输入端的PWM信号占空比来控制驱动电机的有效电压。
此时A端和B端的电压波形如Fig1.2.5的圆圈中所示。
现在问题来了，A相的电压是可以突变的，但是由于电感的作用，流经AB线圈的电流是不能突变的。
如果没有这个二极管，线圈由于自身电感的作用产生极高的瞬时反电动势而击穿元器件。
Fig1.2.5直流无刷电机各相电压波形
第三章.电机台架试验
第六节.电机外特性相关概念
启动特性：
电机在恒定直流母线电压作用下，转速从零上升至稳定值的过程中转速、电流变化曲线。
工作特性：
直流母线电压
不变的情况下，电枢电流、电机效率和输出转矩之间的关系。
调节特性：
电磁转矩
不变的情况下，电机转速和
之间的变化关系。
机械特性：
在
不变的情况下，电机转速与电磁转矩之间的关系。
耗电特性：
电机在不同输出转矩不同转速情况下的单位时间耗电量。
这是为了分析的需要自定义的一个特性。
对于一台无刷电机，其在不同的工况下（即扭矩与转速不同）具有不同的效率，对于节能型的赛事，我们追求的是最低能耗，所以电机台架试验是必不可少的。
如果我们测试出足够多的工况点的电机效率，再利用插值方式（我们采用线性插值方式，方式是否合理，没有进行论证）就可以得到各个工况点的效率近似值。
这为整车的动力性能匹配提供必要的数据。
第七节.电机台架试验原理
Fig1.3.1电机台架试验台原理图
电机试验系统由磁粉负载，扭矩转速传感器，数据采集仪，被试验电机和相配套的固定装夹装置组成。
磁粉加载机相当于一个负载，调节磁粉加载机，可以调节被试电机输出扭矩的大小；
扭矩传感器及数据采集仪构成了数据采集模块，能够实时地测试出当前电机的输出扭矩及电机转速；
被试电机由把手控制其转速及扭矩。
控制被试电机和负载电机就可以使被试电机处于不同的工作状态，记录电机在不同工作状态下的相关性能参数及可以得到电机外特性。
对于耗电特性，则需要利用一个焦耳计测试出被试电机所用电量。
由电机台架试验原理图可知，电机的外负载扭矩可以通过磁粉加载机控制且可以通过扭矩传感器测试出来；
电机的转速也可以通过扭矩转速传感器测试出来。
也就是说电机的外部参数都是可控的而且是可以测量的。
通过焦耳计可以测试出电机的母线电压和电流；
通过电机控制器可以控制电机的母线电压。
也就是说电机的内部电气参数也可以控制而且也是可以测量的。
调节电机母线电压和磁粉加载机负载扭矩的大小就可以使得电机处于不同的工况当中，记录各个工况当中电机的各个参数，即可以得到电机的外特性，包括我们根据比赛规则而自行规定的耗电特性。
第八节.台架试验数据分析
数据分析主要利用Excel和Matlab软件。
电机台架试验源数据见《第一次电机台架试验数据.xlsx》。
利用Excel对数据进行初步计算分析之后将扭矩T，转速n以及效率e转换为dat文件，再利用Matlab对dat文件进行分析。
下面为Matlab分析源代码：
clc;
clear;
loade.dat;
loadn.dat;
loadT.dat;
figure,plot3（T,n,e,'
*'
）;
%三维点图
[X,Y,Z]=griddata（T,n,e,linspace（0.4,2.2,300）'
linspace（0,…
4000,300）,'
linear'
）;
%插值
pcolor（X,Y,Z）;
shadinginterp;
%伪彩色图
figure,contourf（X,Y,Z）;
%等高线图
figure,surf（X,Y,Z）;
%三维曲面
以下为数据处理结果：
（以下各图中，X轴指扭矩，单位Nm；
Y轴为转速，单位rpmin；
Z轴为效率值）
Fig1.3.2数据三维点图
Fig1.3.3伪彩色图
Fig1.3.4等高线图
Fig1.3.5插值后得到的效率曲面
从整体来说，电机效率不高。
电机在额度工况下效率相对较高，在高转速情况下效率较高。
由于这一次电机台架试验测试的数据有限，分析出来的结果并不精确，而且有很大一部分空白区域。
第四章.整车动力性能匹配
根据动力输入端，可以计算车辆驱动力Ft：
式中依次为：
转矩（Nm），减速器速比，主减速比，传动系总传动效率，车轮滚动半径（m）
根据力的平衡关系，在行驶过程中汽车的驱动力应和行驶中受到的总的阻力保持平衡，这种力的平衡关系式即为汽车驱动力平衡方程。
表达式为：
即：
等式右边第一项为摩擦阻力，第二项为风阻，第三项为重力分量，第四项为车辆加速时的惯性力。
根据一般的整车设计流程应该是先估计车辆在各个工况下的阻力，然后去选择一个合适的电机使得车辆在大部分工况下（或者耗能最大的工况下）使得电机效率最高并且使得有一个合适的传动比。
由于今年的电机在没有经过动力性能匹配分析的情况下就已经购买，我们只能调整传动比来使得车辆在大部分工况下电机效率最高。
计算后传动比达到10，而且此传动比不能达到车辆最高车速的要求，因此今年在电机的选择上面是失败的。
第五章.数据采集及分析
第九节.数据采集系统概述
鉴于去年没有留下相应的分析数据指导今年车辆动力性能匹配，使得今年车辆的设计存在很大的盲目性（电机选择失败就是一个很好的例子），今年电控组整合组内队员知识结构的优势，开展车辆数据采集系统的开发。
在进行新车的设计之前，必须要参照上一届车辆所测量的一些数据指导新车的设计。
在选购电机之前，我们要进行动力性能参数匹配，也就是我们要估计车辆的行驶阻力，其中包括摩擦阻力，风阻以及赛道坡度。
只有充分掌握了这些数据，在电机的选择上面才能充分综合各种因素选择最适合的电机。
在比赛时我们都要制订一个驾驶策略，但是如果我们只知道电机在各个工况下的效率而不知道车辆在行驶过程中阻力的大小，我们照样不能有效地制订一个最优的驾驶策略。
由此可见车辆数据采集的重要性。
第一十节.车辆数据采集系统所包含的内容
采集的数据：
动力参数：
✓车辆的即时速率V；
✓车辆的即时加速度a；
环境参数：
✓车道的即时坡度
；
电气参数：
✓电池即时电压U；
✓总线即时电流I；
由以上数据就可以得到车辆在行驶过程当中的即时阻力，而且通过即时坡度对时间积分就可以得到车道在车辆行驶方向的所有信息。
这些信息结合电机台架试验数据就可以制订出一个最优的驾驶策略，而且这些信息为下一届车辆的整体设计提供数据支持，这对车队的发展意义重大。
第一十一节.数据采集系统设计
数据采集系统能够在新车试车时设计完毕，具体的技术设计细节还没有总结出来。
第一十二节.车辆数据分析
车辆数据分析是一个庞大的工程，现今还没有仔细思考分析的具体的方法。
往后再在此部分添加内容。
第二篇.底盘传动转向制动
第六章.车架
第一十三节.车架设计要求
1、车架必须带有安全杠结构，在车手位于驾驶座并系好安全带的情况下，此安全杠要位于车手安全帽周边5cm处。
2、当车手在正常驾驶位置并系好安全带情况下，安全杠宽度要超过车手双肩。
允许使用管状或者板状防滚架。
如果使用管状防滚架，其必须由金属材料制成；
板状防滚架是将驾驶室与引擎隔离开来的坚固部分，这样的板状防滚架须是车架或车壳的固有部分。
3、防滚架需要能够承受700N（70kg）的各方向的静载荷而不变形。
4、防滚架需要有足够的长度和宽度以在正面或侧面受到冲撞时保护车手的身体。
5、车架要有足够的强度和刚度，要能承受各总成、车手的重力，以及加速或制动时的惯性力。
6、车架要便于加工，便于布置总成。
第一十四节.设计方案
1、选材
为便于加工与布置总成，选用铝合金方管作为主要材料。
性能
铝合金牌号
6061
7005
7075
6063
密度（20℃）
2.7g/cm³
2.79g/cm³
2.82g/cm³
2.69g/cm3
拉伸强度（25℃）
310MPa
345MPa
572MPa
≥205
屈服强度（25℃）
276MPa
305MPa
503MPa
≥170
硬度500kg力10mm球
95
150
延伸率1.6mm（1/16in）厚度
12
9
11
价格
30元/公斤
42元/公斤
80元/公斤
26元/公斤
综合性能
属热处理可强化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性能，同时具有中等强度，在退火后仍能维持较好的操作性.
焊接性能好，可热处理强化。
挤压材料，常应用于制造既要有高的强度又要有高的断裂韧性的焊接结构.
是一种冷处理锻压合金，强度高，远胜于软钢。
7075是商用最强力合金之一。
普通抗腐蚀性能、良好机械性能及阳极反应。
具有高的抗风压性能、装配性能、耐蚀性能和装饰性能，对铝合金型材综合性能的要求远远高于工业型材标准
6061是最普遍的铝材，轻，强度好，而且经济实惠。
7005是轻化铝材，强度高于6061，轻了很多，但是价格较高。
7075是最轻且强度最高的的铝材，7075的强度不亚于钢了，但价格也偏贵，所以从经济性考虑，不采用。
6063相对6061价格、密度都差不多，但强度却偏低，所以不采用。
对于6061和7005，是目前铝合金车架普遍使用的材料。
论强度的话7005较强，但只是稍微强一点，从表中可以看出来，铝材永久弯曲变形的力度只比6061强一点。
但论整体来讲，6061是较好的材料。
由于7005含其他金属比例高，所以焊接，处理都比较困难，尤其是7075它的比例更高，所以一般是不能用作车架的材料。
相比之下，6061由于含其他金属比例较低，因此可以通过异型，各种处理来增加它的强度和减低它的风阻，甚至可以做到3次抽管来减低。
所以，综上，最终选择6061铝合金，规格为40*25*2。
2、结构
要求防滚架宽度大于车手肩宽，高度超过头盔5cm。
我们共有2个方案。
Fig2.1.1车架方案一
如图Fig2.1.1方案的优点是防滚架底部会比较稳定，缺点是纵梁弯折处太多且尾部焊缝过于密集且浪费大量空间。
Fig2.1.2车架方案二
如图Fig2.1.2方案结构紧凑，防滚架支撑在纵梁两侧伸出的铝管上，其优缺点与方案一恰恰相反。
这两个方案的共同点在于前伸的悬臂梁与纵梁之间的焊接连接，以此克服去年出现的振动现象。
第一十五节.方案选择与确定
上述两个方案都各有其优缺点。
最终经过讨论，我们决定将两者相结合。
方案如下Fig2.1.3（有些用来布置总成的孔未画出）:
Fig2.1.3最终方案
该方案结合之前两方案对防滚架的安放方式，既减少了纵梁的弯折次数，减轻了焊缝的集中，并且提高了空间利用率，又使得防滚架足够稳定、坚固，能够承受较大的载荷。
前端则放弃了一根横臂梁的结构，改为将纵梁延伸下去。
这样虽然增加了重量，但大大提高了刚度，且便于布置脚刹。
车架后端两根横梁用来支撑电机，从后往前第三根用来支撑车手坐下，第四根用来固定五点式安全带中的一根，第五根用来加强转向处的强度，最前端两根用来固定脚刹。
第一十六节.计算分析
1、计算
根据底盘组数据，车架后部宽250mm，前部为350mm。
车架下端距离地面要求为90mm，车轮静力半径为240mm，尾部弯折角度为30°
（弯折过大对强度影响较大）。
考虑到轴座部分尺寸，车架尾部翘起高度为225-100=125mm，尾部长度为125/sin30°
=250mm。
考虑到焊缝不能靠的太近以及夹具安装的需要，最后一根横梁据弯折处为50mm。
根据电机支座的尺寸，两横梁间的距离为133mm。
由于焊缝不能靠得太近，所以立柱与其后一根横梁的距离设为40mm。
根据车手肩宽（两车手中较大者）与赛事规则（在车手位于驾驶座并系好安全带的情况下，此安全杠要位于车手安全帽周边5cm处），设定防滚架半径为230mm。
其下横向支杆则长度设为500mm，再下两根伸出的短杆则长（500-250）/2=125mm。
根据车手高度（两车手中较大者）与赛事规则（当车手在正常驾驶位置并系好安全带情况下，安全杠宽度要超过车手双肩），设定防滚架高度为455mm。
则两立柱高位455-25-230=200mm。
加两斜柱支撑加强并作为车手倚靠处，角度设为45°
，令焊缝距离40mm。
根据车手尺寸（第一车手为准），第三根横梁设在据立柱455mm处，第四根则再向前85mm。
第五根根据轴距设定，距离前端为553.3mm，而纵梁的弯折处焊缝则距其30mm，弯折角度为30°
。
前端两根根据车手尺寸（第一车手为准）,第一根距前端面100mm，第二根距前端面175mm。
2、分析
分析采用ansys软件进行。
车架强度分析：
车手重量根据规则不得低于50kg，加速时惯性力为400N，其余载荷忽略不计。
6061铝合金（未热处理）屈服强度为50Mpa。
设定,静态系数2，动态系数3。
约束采用四个主销孔，两个后端面。
静载荷加载在车手所坐横梁，动载荷加载在四个主销孔的后半面。
加速状态分析结果：
Fig2.1.4加速应力云图
Fig2.1.5加速应力云图（局部放大）
Fig2.1.6加速变形云图
Fig2.1.7加速应变云图
转向状态分析结果：
Fig2.1.8转向应力云图
Fig2.1.9转向应力云图（局部放大）
Fig2.1.10转向变形云图
Fig2.1.11转向应变云图
防滚架分析：
防滚架正面受力时最危险，故只分析这一情况。
Fig2.1.12防滚架应力云图
Fig2.1.13防滚架应力云图（局部放大）
Fig2.1.14防滚架变形云图
Fig2.1.15防滚架应变云图
由上各图可以得出，车架是安全的。
第七章.传动
第一十七节.计算理论
阻力及驱动力
汽车在水平路面上直线行驶时，必须克服滚动阻力Ff和空气阻力Fw。
当汽车爬坡时，还必须克服其重力沿坡道的分力——爬坡阻力Fi。
汽车加速行驶时，还要克服汽车本身的加速阻力Fj。
因此，汽车直线行驶时的总阻力为：
上述各种阻力中，滚动阻力和空气阻力是任何行驶条件都存在的。
坡度阻力和加速阻力只有在汽车上坡和加速过程中才存在。
1.滚动阻力Ff：
滚动阻力Ff：
轮胎内部摩擦产生的迟滞损失。
滚阻系数f：
汽车在一定条件下，滚动阻力Ff与负荷之比。
则滚阻为：
式中：
m——汽车质量（Kg）
G——重力加速度（
）
——汽车速度（Km/h）
滚动阻力功率Pf：
2.空气阻力
汽车行驶时，相对运动的空气必然起到阻碍作用。
空气对汽车的作用力在行驶方向上的分离称为空气阻力。
空气阻力可以分为压力阻力和摩擦阻力两部分。
摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力，它与车身的表面积和表面质量有关，尤其和迎风面面积有关。
空气阻力Fw：
式中;
——空气阻力系数
——迎风面积（m^2）
——汽车车速（Km/h）
空气阻力功率Pw:
空气阻力与形式速度的二次方成正比，若汽车行驶速度增加一倍，则空气阻力变为愿来的四倍，而空气阻力所消耗的功率是原来车速下消耗功率的八倍。
因此，随着汽车车速的翻倍，要求发动机或电机的功率以八倍的变化速度增加。
这就要求汽车的空气阻力尽量小。
由上面的式子可以看出，空阻除了与车速有关外，还与空阻系数和迎风面积有关。
所以，减小迎风面积和降低空阻系数是降低空阻的有效手段。
3.坡度阻力Fi：
当汽车在爬坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力称为汽车行驶的坡度阻力。
为道路的坡度角。
当其值较小时，
.
H为坡高，s为水平距离。
爬坡功率Pi：
4.加速阻力Fj：
汽车加速行驶时，需要克服其质量由于加速运动所产生的惯性力，及加速阻力Fj。
汽车的质量可分为平移质量和旋转质量两部分。
汽车加速时，不仅平移质量产生惯性力，而且由于旋转质量的加速旋转产生惯性力偶矩。
为了便于计算，一般把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力，并且以大于1的旋转质量系数
计入。
旋转质量换算系数：
汽车的旋转质量换算系数主要与发动机的飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量和传动系的传动比有关。
加速功率Pj：
5.驱动力Ft：
驱动力平衡和驱动功率平衡：
功率平衡表达式为;
驱动条件和附着条件：
由驱动力平衡式可导出：
可见，当汽车驱动力等于滚动阻力、空气阻力和坡度阻力之和时，加速度为零，汽车维持等速行驶；
当汽车的驱动力大于这三个力之和时，加速度大于零，可以加速行驶；
当驱动力小于这三个力之和时，行驶中的汽车将减速行驶。
所以，汽车行驶的驱动条件是：
汽车行驶的驱动条件只是汽车行驶的必要条件，还不够充分。
汽车的动力性能不知受驱动力的限制，还受驱动轮的轮胎与地面的附着力的限制。
地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力。
在硬路面上附着力与驱动轮的法向反作用力成正比，其比
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