電動(dòng)車新控制模式可行性研究

1、項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 項(xiàng)目名稱：項(xiàng)目名稱：電動(dòng)車新型驅(qū)動(dòng)控制及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測系統(tǒng) 目 錄 一、項(xiàng)目名稱一、項(xiàng)目名稱.2 2 二、項(xiàng)目目的二、項(xiàng)目目的.2 2 三、項(xiàng)目背景三、項(xiàng)目背景.4 4 1、國內(nèi)外研究綜述 .4 2、國家和地區(qū)的相關(guān)政策和發(fā)展規(guī)劃 .6 3、項(xiàng)目研究的必要性 .9 四、項(xiàng)目主要研究內(nèi)容四、項(xiàng)目主要研究內(nèi)容.1111 五、項(xiàng)目技術(shù)可行性分析五、項(xiàng)目技術(shù)可行性分析.1313 1、已有技術(shù)基礎(chǔ) .13 2、本項(xiàng)目前期研究基礎(chǔ) .13 3、本項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) .16 4、本項(xiàng)目研究方法和技術(shù)路線 .17 六、主要技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)六、主要技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn).1919 七、市場預(yù)測和產(chǎn)業(yè)化前景七

2、、市場預(yù)測和產(chǎn)業(yè)化前景.2020 1、電動(dòng)自行車市場 .20 2、電動(dòng)汽車市場 .21 3、產(chǎn)品生命力周期 .24 4、價(jià)格預(yù)測 .24 5、效益分析 .24 6、產(chǎn)業(yè)化前景 .26 八、計(jì)劃進(jìn)度及階段目標(biāo)八、計(jì)劃進(jìn)度及階段目標(biāo).2828 九、項(xiàng)目投資九、項(xiàng)目投資.2929 十、預(yù)期結(jié)果十、預(yù)期結(jié)果.3131 一、項(xiàng)目名稱一、項(xiàng)目名稱 電動(dòng)車新型驅(qū)動(dòng)控制及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測系統(tǒng)電動(dòng)車新型驅(qū)動(dòng)控制及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測系統(tǒng) 二、項(xiàng)目目的二、項(xiàng)目目的 隨著國際能源的日趨緊張以及對環(huán)保的日益重視，燃油汽車、 摩托車等機(jī)動(dòng)車輛的發(fā)展必將會(huì)在未來受到這樣那樣的限制， 而清潔能源車輛已經(jīng)看到了發(fā)展的曙光。但是，需要說明

3、的是， 以電力驅(qū)動(dòng)的汽車和自行車目前還有一些技術(shù)、法規(guī)（歸根到 底是技術(shù)）層面的問題沒有解決，這些問題在國際國內(nèi)市場日 益擴(kuò)大并逐漸規(guī)范的當(dāng)今以及不遠(yuǎn)的將來必然成為或?qū)⒁蔀?其發(fā)展的瓶頸。 具體說，電動(dòng)助力自行車存在的主要問題是現(xiàn)在市場上很多 車子不需要人力助力，這是不符合相關(guān)法規(guī)的（或者說至少即 將不符合相關(guān)法規(guī)） ，另外，一些有助力功能的電動(dòng)自行車的助 力方式和助力精確程度還不能滿足一些用戶的要求，特別歐美 市場的準(zhǔn)入要求，因此研發(fā)出一種準(zhǔn)確、可靠、成本適中的新 的助力方式就顯得非常必要和緊迫。對于電動(dòng)汽車，除電池的 相關(guān)技術(shù)外，目前在控制方面仍有很多技術(shù)問題亟待解決，如 直行-轉(zhuǎn)彎的差

4、速控制數(shù)學(xué)模型等。電動(dòng)汽車市場即將大規(guī)模 展開，現(xiàn)在解決影響其快速擴(kuò)展的關(guān)鍵技術(shù)將是決定其發(fā)展軌 跡的重要因素。成功地解決這些問題必將在未來市場上占一席 之地，這也就是本項(xiàng)目申請立項(xiàng)的基本目的。 本項(xiàng)目的主要研究目的為： 1、實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)車（電動(dòng)助力自行車、電動(dòng)汽車）電機(jī)軸上 力矩的實(shí)時(shí)、精確測量，從而可以為控制系統(tǒng)對相關(guān)電機(jī) 的控制方案提供準(zhǔn)確的依據(jù)； 2、根據(jù)檢測到的電機(jī)力矩實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用實(shí)時(shí)算法和先進(jìn) 的集成電路芯片，對電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速實(shí)施精確控制，特別 是實(shí)現(xiàn)對多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車在不同的速度以及直線、 曲線行進(jìn)的過程中的電機(jī)差速控制的新方案； 3、完成對電動(dòng)助力自行車和電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

5、、不同運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)（上下坡路、直線、曲線）下整車（特別是電機(jī)力矩） 測量的實(shí)時(shí)檢測動(dòng)模試驗(yàn)系統(tǒng)，可以利用相關(guān)設(shè)備模擬出 電動(dòng)助力自行車或電動(dòng)汽車在不同阻尼的情況下的運(yùn)行那 個(gè)狀態(tài)，并實(shí)時(shí)記錄電機(jī)的多相電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)矩 矢量、轉(zhuǎn)速等，為整車性能判定提供準(zhǔn)確依據(jù)。 三、項(xiàng)目背景三、項(xiàng)目背景 本項(xiàng)目的主要技術(shù)可以同時(shí)解決目前普遍存在于電動(dòng)助力自 行車和電動(dòng)汽車上的電機(jī)力矩精確、實(shí)時(shí)檢測的問題，在這個(gè) 方面，國內(nèi)外已經(jīng)有了類似的研究，但尚不能滿足實(shí)際需要， 特別是在對出口電動(dòng)自行車的精確后軸助力和電動(dòng)汽車的低速 曲線行駛狀態(tài)下的不同電機(jī)差速控制等方面。具體如下： 1 1、國內(nèi)外研究綜述、國內(nèi)外研究

6、綜述 電動(dòng)車（電動(dòng)助力自行車、電動(dòng)汽車）的出現(xiàn)是近十年的事 情。從其誕生時(shí)起對電機(jī)力矩（受力情況）的討論就沒有停息 過。 首先，對于電動(dòng)助力自行車來說，對電機(jī)實(shí)時(shí)力矩的檢測可 以滿足近年來越來越高的精確助力要求。電動(dòng)助力自行車在行 駛過程中不僅憑電力驅(qū)動(dòng)，還要靠人力與電力的互“助”，但 在助力方式的研發(fā)以及助力信號(hào)的提取上卻出現(xiàn)了魚龍混雜、 五花八門的局面。 歐美要求腳踏啟動(dòng)，腳停斷電的無轉(zhuǎn)把電動(dòng) 車。日本市場更需要精確比例助力的電動(dòng)車。概括來說，國外 的一些助力及傳感方式有： （1） 在自行車主軸上貼應(yīng)變片，主軸受力的形變會(huì)使應(yīng)變 片產(chǎn)生微弱的電信號(hào)，然后用滑環(huán)-觸頭方式將電信號(hào)送 出控制電

7、機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。此方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格不菲，機(jī)件脆弱， 容易磨損，難保證長時(shí)間的可靠性。 （2） 設(shè)置兩個(gè)輪盤，一個(gè)輪盤隨自行車輪盤而動(dòng)，另一個(gè) 輪盤在自行車本體上，兩個(gè)輪盤之間有摩擦，自行車輪盤 旋轉(zhuǎn)時(shí)，因摩擦原因會(huì)帶動(dòng)自行車本體上的輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè) 角度，用光柵或其它方法測量這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度并將其轉(zhuǎn)變 為電信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)方案的機(jī)械結(jié)構(gòu)更為復(fù) 雜，控制的精度依賴于摩擦強(qiáng)度和彈簧的拉力，所以很難 保證產(chǎn)品的一致性和長時(shí)間的可靠性。 （3） 在鏈條下方車架上放置一個(gè)壓輪，用力蹬車時(shí)，鏈條 繃直，壓下壓輪，產(chǎn)生電信號(hào)并用這個(gè)電信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)。這種方式成本低廉，但難于保證長時(shí)間使用的可靠性 和大批量

8、生產(chǎn)的一致性。 （4） 日本力矩傳感器的原理為人力腳踏后壓迫中置式電機(jī) 里的彈簧，產(chǎn)生形變并將其轉(zhuǎn)換成力矩大小，且在電機(jī)的 外沿刻有凹槽，轉(zhuǎn)很小的角度就有反應(yīng)，很靈敏。但對零 件的材質(zhì)、工藝都有很高的要求，至今國內(nèi)未見批量產(chǎn)品。 （5） 我國早期的電動(dòng)自行車助力傳感器基本上都是開關(guān)型 的，在中軸部分裝一霍爾元件和磁鋼圓盤，達(dá)到一定速度 電機(jī)就開始啟動(dòng)，啟動(dòng)后就全電動(dòng)控制了，因此它并無精 確比例一說，騎行感覺也差，有些專利設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上作 了改進(jìn)，放棄了全電動(dòng)控制，并加入了計(jì)算機(jī)補(bǔ)償，但也 不是真正意義上的精確助力；清華大學(xué)的力矩傳感器，在 中軸五通內(nèi)裝有套筒和偏心裝置，人力腳踏即產(chǎn)生偏心力 矩

9、。成本較日本方案要低得多，加工不復(fù)雜，但精度控制 難，軟件中要對其修正。這是國內(nèi)批量最大的精確比例助 力傳感器商品。 其次，對于電動(dòng)汽車而言，對電機(jī)實(shí)時(shí)力矩的檢測成為解決 目前電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)，包括車輛行駛的穩(wěn)定性控制、轉(zhuǎn)向差 速控制、系統(tǒng)動(dòng)力性能優(yōu)化和節(jié)能控制的不可缺少的依據(jù)。目 前常見的控制方案中通常在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，采用模型分析車輛的 轉(zhuǎn)向差速控制。該模型的假設(shè)條件中有車輪純滾動(dòng)，即不考慮 已發(fā)生滑移、滑轉(zhuǎn)和輪胎離開地面的運(yùn)行狀態(tài)；還有輪胎側(cè)向 變形與側(cè)向力成正比，即不考慮輪胎材質(zhì)與結(jié)構(gòu)上的非線性和 因垂直載荷不同造成的輪胎側(cè)向彈性系數(shù)的變化。盡管后來的 方案經(jīng)過一定的改進(jìn)，電子差速控制方案

10、在控制車輪轉(zhuǎn)速的基 礎(chǔ)上以車輪滑移率為控制目標(biāo)，以驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩為控制變量，在 保證汽車操縱穩(wěn)定性和平順性的前提下，當(dāng)汽車直線行駛時(shí)， 平均分配兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，對兩側(cè)車輪 輸入不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，使兩驅(qū)動(dòng)輪的滑移率最低，確保行駛安 全性。但對車輪在行駛過程中（特別是低速情況下）可能因路 面凸凹不平而出現(xiàn)的打滑、空轉(zhuǎn)，以及輪胎重新觸及地面瞬間 的速度、電流、轉(zhuǎn)矩控制等尚無可靠的解決方案。 2 2、國家和地區(qū)的相關(guān)政策和發(fā)展規(guī)劃、國家和地區(qū)的相關(guān)政策和發(fā)展規(guī)劃 近年來，國家統(tǒng)計(jì)局、國家海關(guān)總署、國家發(fā)改委、國務(wù)院 發(fā)展研究中心、科技部、全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員、中國汽車 工業(yè)協(xié)會(huì)、中國電

11、動(dòng)車協(xié)會(huì)等國家及行業(yè)主管部門陸續(xù)出臺(tái)了 多個(gè)鼓勵(lì)電動(dòng)車研制開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化的政策、法規(guī)，并提出了未 來電動(dòng)汽車業(yè)應(yīng)采取的發(fā)展戰(zhàn)略、投資策略，為電動(dòng)汽車企業(yè) 以及計(jì)劃投資電動(dòng)汽車行業(yè)的機(jī)構(gòu)全面把握行業(yè)發(fā)展趨勢、準(zhǔn) 確了解市場運(yùn)行情況、正確制定企業(yè)競爭戰(zhàn)略和投資策略提供 決策依據(jù)。2008 年中國電動(dòng)汽車行業(yè)調(diào)研報(bào)告中也稱電動(dòng) 車是前途最看好的未來車輛。 根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會(huì)的節(jié)能中長期規(guī)劃 ，交通節(jié) 油是一個(gè)重要議題。其中，交通工具電動(dòng)化、控制燃油型交通 工具的使用總量是交通領(lǐng)域節(jié)約石油消耗的一項(xiàng)十分緊迫的任 務(wù)。目前，我國摩托車保有量為 1 億輛，摩托車的年耗油量約 為經(jīng)濟(jì)型小轎車的 20%，

12、每輛摩托車以年行駛 1 萬公里，每百 公里油耗 3 升計(jì)算，每車每年油耗約為 1050 元；輕型電動(dòng)車的 百公里耗電約為 1.5 度，全年電費(fèi)約為 90 元，比較起來，如果 把全部摩托車都換成輕型電動(dòng)車，每年累計(jì)可節(jié)約能源消費(fèi)支 出 960 億元。伴隨著城市化進(jìn)程，人們生活的交通距離不斷擴(kuò) 大，龐大的自行車交通群體正面臨分流至摩托車或小轎車。如 果我國的電動(dòng)自行車和輕型電動(dòng)車保有量達(dá)到 3 億輛，均利用 夜間“谷電”時(shí)間充電，充電器平均功率 100w，總?cè)萘窟_(dá)到 3000 萬千瓦，相當(dāng)于建了一個(gè)巨大的蓄能電站，相當(dāng)于全國總 裝機(jī)量的 6.8%和水電裝機(jī)容量的 27.7%，大幅度提高了電力資 源

13、的利用效率，有利于國民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展。一些具有技術(shù)和規(guī) 模優(yōu)勢的地區(qū)詳細(xì)制訂了中長期的發(fā)展規(guī)劃和策略目標(biāo)，如無 錫就詳細(xì)制訂了發(fā)展總量目標(biāo)、企業(yè)品牌目標(biāo)、技術(shù)開發(fā)目標(biāo)、 集群功能發(fā)展目標(biāo)及相關(guān)工作重點(diǎn)，預(yù)計(jì) 2008 年實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車整 車產(chǎn)銷量 700 萬輛；實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)總量 150 億元；實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車 及相關(guān)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)總量 300 億元。2010 年實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車整車產(chǎn)銷量 1000 萬輛；實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)總量 250 億元；實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車及相關(guān)產(chǎn) 業(yè)經(jīng)濟(jì)總量 500 億元。2015 年實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車整車產(chǎn)銷量 1200 萬 輛；實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)總量 400 億元；實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車及相關(guān)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì) 總量 1000-1500 億

14、元。 浙江省則在 2006 年就制定了“十一五”產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃指導(dǎo) 電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 臺(tái)灣地區(qū)有關(guān)方面預(yù)計(jì)，2008 年，臺(tái)灣電動(dòng)車產(chǎn)量將達(dá) 300 萬輛，產(chǎn)值突破 500 億元新臺(tái)幣。 我國也非常重視電動(dòng)汽車的發(fā)展，自 2001 年啟動(dòng)電動(dòng)汽車 重大科技專項(xiàng)以來，我國以燃料電池、混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車 為“三縱”，多能源動(dòng)力總成控制、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力蓄電池為 “三橫”，形成了“三縱三橫”的開發(fā)格局。目前看，該格局 已經(jīng)初步顯成果。在純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池汽車的整車 集成技術(shù)、動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)以及動(dòng)力總成關(guān)鍵零部件技術(shù)方 面取得重要技術(shù)突破，同時(shí)也在專利戰(zhàn)略和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)建設(shè) 方面為自主知識(shí)

15、產(chǎn)權(quán)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化奠定了良好的基礎(chǔ)。繼 “十五”電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)之后，科技部又啟動(dòng)了“十一五” 節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目，預(yù)計(jì)投入會(huì)更多。預(yù)計(jì)“十一五” 末期國內(nèi)的混合動(dòng)力汽車形成產(chǎn)業(yè)化，到“十二五”出現(xiàn)產(chǎn)業(yè) 化的高潮。 早在 2001 年，新能源汽車研究項(xiàng)目就已經(jīng)被列為國家“十 五”期間的重大科技課題。當(dāng)時(shí)啟動(dòng)了“十五國家 863 計(jì) 劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)”，提出了燃料電池整車項(xiàng)目、混合動(dòng)力 整車項(xiàng)目、純電動(dòng)汽車項(xiàng)目三個(gè)發(fā)展方向，國家專項(xiàng)投入資金 8 億多元。 3 3、項(xiàng)目研究的必要性、項(xiàng)目研究的必要性 正如在國內(nèi)外研究綜述中的論述，對電動(dòng)助力自行車來說， 電動(dòng)助力自行車在行駛過程中不僅憑電

16、力驅(qū)動(dòng)，還要靠人力與 電力的互“助”，但在助力方式的研發(fā)以及助力信號(hào)的提取上 卻出現(xiàn)了魚龍混雜、五花八門的局面。歐美要求腳踏啟動(dòng)、腳 停斷電的無轉(zhuǎn)把電動(dòng)車。日本市場更需要精確比例助力的電動(dòng) 車。國內(nèi)外的多種現(xiàn)有方式均不能很好地解決電機(jī)力矩的精確 測量，也就難以保證精確控制以及滿足歐美國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和 用戶的需求。 對于電動(dòng)汽車而言，電機(jī)實(shí)時(shí)力矩的檢測成為解決目前電 動(dòng)汽車運(yùn)行控制的關(guān)鍵技術(shù)，精確的力矩檢測是包括車輛行駛 的穩(wěn)定性控制、轉(zhuǎn)向差速控制、系統(tǒng)動(dòng)力性能優(yōu)化和節(jié)能控制 等環(huán)節(jié)的不可缺少的依據(jù)。目前的檢測量為電流和速度，而實(shí) 際上實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的力矩?cái)?shù)據(jù)才是最需要的，而且常見的控制方 案中通常

17、在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，采用模型分析車輛的轉(zhuǎn)向差速控制。 該模型的假設(shè)條件中有車輪純滾動(dòng)，即不考慮已發(fā)生滑移、滑 轉(zhuǎn)和輪胎離開地面的運(yùn)行狀態(tài)；還有輪胎側(cè)向變形與側(cè)向力成 正比，即不考慮輪胎材質(zhì)與結(jié)構(gòu)上的非線性和因垂直載荷不同 造成的輪胎側(cè)向彈性系數(shù)的變化。盡管后來的方案經(jīng)過一定的 改進(jìn)，電子差速控制方案在控制車輪轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上以車輪滑移 率為控制目標(biāo)，以驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩為控制變量，在保證汽車操縱穩(wěn) 定性和平順性的前提下，當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，平均分配兩驅(qū)動(dòng) 輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，對兩側(cè)車輪輸入不同轉(zhuǎn)速和 轉(zhuǎn)矩，使兩驅(qū)動(dòng)輪的滑移率最低，確保行駛安全性。但對車輪 在行駛過程中（特別是低速情況下）可能因路面凸凹不

18、平而出 現(xiàn)的打滑、空轉(zhuǎn)，以及輪胎重新觸及地面瞬間的速度、電流、 轉(zhuǎn)矩控制等尚無可靠的解決方案。而檢測出真實(shí)的力矩?cái)?shù)據(jù)就 可以最大限度地解決上述問題。 如國家和地區(qū)的相關(guān)政策和發(fā)展規(guī)劃中所述，國家鼓勵(lì)電 動(dòng)車的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)化，而其市場在今后的幾十年內(nèi)將有長足的 發(fā)展和擴(kuò)展，以電動(dòng)自行車為例，2006 年我國產(chǎn)量達(dá)到 1920 萬輛。到 2010 年，我國電動(dòng)車的產(chǎn)銷量可達(dá)到 3000 萬輛，出 口量為 500 萬輛-600 萬輛，實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值 700-1600 億元。因 此，與其相關(guān)的技術(shù)問題的解決就勢在必行。特別是電動(dòng)汽車 的規(guī)?；a(chǎn)已經(jīng)呼之欲出，現(xiàn)在盡快解決其中的技術(shù)關(guān)鍵就 顯得非常必要和更

19、加急迫了。 四、項(xiàng)目主要研究內(nèi)容四、項(xiàng)目主要研究內(nèi)容 根據(jù)一些電動(dòng)車生產(chǎn)企業(yè)的要求（其中電動(dòng)自行車主要為 出口要求），綜合目前國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品的主要特點(diǎn)和存在的一 些問題，參考了國外比較優(yōu)秀的設(shè)計(jì)的特色部分，確定了本項(xiàng) 目的主要研究內(nèi)容和方向。 針對電動(dòng)車的發(fā)展趨勢，相關(guān)資料顯示，精確助力（即精 確檢測電機(jī)軸的受力情況）是國外的關(guān)鍵要求，國內(nèi)也將逐漸 向這一要求靠攏。要達(dá)到這一目的，就必須準(zhǔn)確地檢測到主動(dòng) 電機(jī)軸的受力，而比較多種傳感器，力矩型傳感器是最佳選擇， 但在主軸安裝力矩傳感器存在諸多技術(shù)困難（如國內(nèi)外研究綜 述中所描述的），如信號(hào)弱、易受外界噪聲干擾、垂直方向應(yīng) 力影響測量精度、信號(hào)輸

20、出困難等。因此，這些都將是本項(xiàng)目 需要解決、克服的難題。 一方面，對比已有的各種傳感器方案，設(shè)計(jì)、選擇一種傳 感器安裝方式，使其既能準(zhǔn)確、靈敏地檢測人力信號(hào)，又便于 安裝，同時(shí)還要有較低的成本。 根據(jù)上述設(shè)計(jì)，進(jìn)行理論計(jì)算，仿真出傳感器受力模型， 找出最佳受力點(diǎn)，以獲取最大靈敏度和最小可測信號(hào)。 根據(jù)選擇出的傳感器及靈敏度計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)相關(guān)電路， 并進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)試。同時(shí)，根據(jù)國外對電動(dòng)車需求的反饋信息， 將設(shè)計(jì)電路小型化、低能耗化，并根據(jù)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將信號(hào) 處理及控制電路設(shè)計(jì)成可以置于電機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，同時(shí)考慮其 電磁兼容特性和高低溫（特別是高溫）情況下的工作穩(wěn)定性。 另一方面，完成上述設(shè)計(jì)及

21、調(diào)試后，還要按照合理的數(shù)學(xué)模 型，實(shí)現(xiàn)對車輪跳動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車行駛 的穩(wěn)定性控制，因此，要在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的改進(jìn) 和完善，以獲得最佳效果。 第三，設(shè)計(jì)中央處理單元，以32位arm單片機(jī)和ti的dsp芯片 為核心，統(tǒng)一處理多個(gè)電機(jī)（8個(gè)）同時(shí)驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)問題，使車 可以協(xié)調(diào)、平穩(wěn)運(yùn)行。 再有，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車動(dòng)態(tài)參數(shù)的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)讀取。為此，需設(shè) 計(jì)及實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車動(dòng)態(tài)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測試驗(yàn)臺(tái)，將電機(jī)內(nèi)部的信號(hào) （力矩、溫度、電壓、電流、速度等）通過無線（或不影響正 常行駛的有線）方式實(shí)時(shí)讀出，并設(shè)計(jì)、制造一套可以模擬不 同路況（不同阻尼、直線、轉(zhuǎn)彎）的狀態(tài)測試裝備，完成對電 動(dòng)車從靜態(tài)

22、到具有一定速度，從0度-15度模擬坡度的完整測 試數(shù)據(jù)，形成一整套電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)過程數(shù)據(jù)。既能直觀、準(zhǔn)確地 反映本設(shè)計(jì)的精確助力結(jié)果，也可以為正在蓬勃興起的我國電 動(dòng)車行業(yè)的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能測試提供理論依據(jù)和研究基礎(chǔ)。 五、項(xiàng)目技術(shù)可行性分析五、項(xiàng)目技術(shù)可行性分析 1 1、已有技術(shù)基礎(chǔ)、已有技術(shù)基礎(chǔ) （1） 國內(nèi)外已有的各種信號(hào)提取方式雖然還不能完全解決 前述問題，但對本項(xiàng)目的研究則是個(gè)很好的啟發(fā)和技術(shù) 積淀； （2） 現(xiàn)有的一些仿真算法，如 ansys 等，將可以成為有力 的工具，幫助驗(yàn)證項(xiàng)目研發(fā)過程的各種計(jì)算和假設(shè)； （3） 最新的集成電路芯片（包括 mcu 和 dsp 芯片）使實(shí)時(shí) 算法和控

23、制成為可能。 2 2、本項(xiàng)目前期研究基礎(chǔ)、本項(xiàng)目前期研究基礎(chǔ) 經(jīng)過兩年與電動(dòng)車廠家和傳感器廠家的合作，上述相關(guān)技 術(shù)問題中的電動(dòng)自行車部分已經(jīng)基本得到解決。其基本技術(shù)與 本方案中擬用到電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)中的技術(shù)有較強(qiáng)的相關(guān)性。 針對電機(jī)主軸所受力矩，前期已經(jīng)做了很多分析： 下列兩幅仿真圖即為在預(yù)研過程中，對軸的受力情況的分 析結(jié)果，上圖為拉應(yīng)力、下圖為扭應(yīng)力，驗(yàn)證了理論計(jì)算的結(jié) 果，并以此為依據(jù)進(jìn)行了實(shí)物試驗(yàn)，符合度非常高。 在具體針對用戶的研究過程中，以某款電動(dòng)車為樣車，在 建模和仿真的基礎(chǔ)上，對其主軸所受的牽引力做了詳細(xì)的分析 和測試，并取得了大量寶貴的數(shù)據(jù)，對助力信號(hào)的檢測效果已 經(jīng)得到廠

24、家的基本認(rèn)可，對電機(jī)不平衡以及不同重量的騎乘人 所引起的垂直干擾的抑制也基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，接下來這方面 的工作就是進(jìn)一步將測試結(jié)果規(guī)范化。 傳感器的選擇和受力測試也得到了合作伙伴的大力支持， 利用該公司在傳感器元件方面的技術(shù)優(yōu)勢，研發(fā)過程得以大大 縮短，利用該公司的累積式測力機(jī)，對受力情況作了反復(fù)測試， 證實(shí)了本方案精確測力的可行性。 課題主要負(fù)責(zé)人多年來從事弱信號(hào)檢測、精確計(jì)量和不同 通信方式的研究，這些技術(shù)都是本項(xiàng)目研究所必須的。 3 3、本項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)、本項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 本項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： （1） 設(shè)計(jì)、選擇一種力矩傳感器，通過理論計(jì)算和力學(xué)模型 仿真，找出傳感器的最佳使用方式及

25、靈敏度理論值； （2） 設(shè)計(jì)相關(guān)電路及信號(hào)輸出方式，解決目前精確信號(hào)采集 遇到的關(guān)鍵難題，如信號(hào)弱、易受外界噪聲干擾、垂直方 向應(yīng)力影響測量精度、信號(hào)輸出等困難； （3） 建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算并控制各電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，特別是 在低速轉(zhuǎn)彎、路面不平等和狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流等 參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測和控制； （4） 實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，采用無 線方式將電機(jī)內(nèi)部的各種參數(shù)發(fā)送到附近的監(jiān)測、記錄設(shè) 備上； （5） 可以模擬電動(dòng)車的不同行駛環(huán)境（施力、阻尼、直行、 轉(zhuǎn)彎、行駛俯仰角等），以從不同角度獲得電動(dòng)車的全方 位數(shù)據(jù)。 4 4、本項(xiàng)目研究方法和技術(shù)路線、本項(xiàng)目研究方法和技術(shù)路線 本項(xiàng)

26、目是面向產(chǎn)品、面向企業(yè)的攻關(guān)研發(fā)項(xiàng)目?？傮w說來， 是采用理論計(jì)算-仿真-實(shí)際設(shè)計(jì)-調(diào)試-整改- 測試這幾個(gè)主要步驟。 （1） 首先根據(jù)實(shí)際需要，完成對傳感器的篩選； （2） 對主軸受力部位進(jìn)行力學(xué)模型仿真和理論分析計(jì)算，獲 得數(shù)據(jù)作為下一步設(shè)計(jì)的依據(jù)（這一步為第一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵）， 根據(jù)已建立的數(shù)學(xué)模型對單個(gè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算和分析， 編制算法進(jìn)行驗(yàn)證； （3） 根據(jù)計(jì)算和仿真結(jié)果，用累積式測力機(jī)對受力部位及其 它部位做靈敏度對比測量，驗(yàn)證并根據(jù)實(shí)際情況作出調(diào)整； （4） 設(shè)計(jì)制造樣車及關(guān)鍵部位，設(shè)計(jì)制造運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測機(jī)構(gòu)， 對模型和算法進(jìn)行驗(yàn)證、調(diào)整； （5） 根據(jù)測試結(jié)果對模型進(jìn)行完善和豐富

27、，總結(jié)出精確的結(jié) 論； （6） 再根據(jù)以上結(jié)論，修正相關(guān)硬件及軟件，并實(shí)地測試， 收集相關(guān)數(shù)據(jù)； （7） 設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)送單元，將電機(jī)內(nèi)的信號(hào)發(fā)到外部檢測系統(tǒng) （第二個(gè)技術(shù)關(guān)鍵）； （8） 設(shè)計(jì)制造電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測試環(huán)境（第三個(gè)技術(shù)關(guān)鍵）， 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)監(jiān)測各種不同負(fù)載、不同坡度情況下 的電動(dòng)車運(yùn)行狀態(tài)，采集相應(yīng)狀態(tài)下的各種數(shù)據(jù)，包括力矩、 電流、電壓、速度等，做為綜合衡量電動(dòng)車性能的客觀評(píng)價(jià)依 據(jù)。 六、主要技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)六、主要技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn) 課題完成后，能夠?qū)崿F(xiàn)如下技術(shù)指標(biāo)： 1、可以精確檢測主軸所受的水平牽引力、扭力（扭矩）， 精度不低于1%； 2、可以精確檢測各電機(jī)電壓、電流，

28、精度不低于1%； 3、可以實(shí)現(xiàn)車速的實(shí)時(shí)檢測，車速范圍0-300公里/小時(shí)， 精度不低于1%； 4、助力比選擇（1：0.8-1：2.0 等）； 5、電動(dòng)車行駛、低速彎的穩(wěn)定性、平穩(wěn)度優(yōu)于相關(guān)國家標(biāo) 準(zhǔn)； 6、電機(jī)不平衡度干擾影響抑制比不低于20db； 7、工作溫度為-40-85； 8、電磁兼容性能符合國家相關(guān)規(guī)定（如gb/t4365-1996 ）； 9、動(dòng)態(tài)性能測試臺(tái)可承受負(fù)載0-1500公斤； 10、動(dòng)態(tài)測試坡度：0-15度； 11、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸誤碼率不大于1.0e-5。 七、市場預(yù)測和產(chǎn)業(yè)化前景七、市場預(yù)測和產(chǎn)業(yè)化前景 電動(dòng)車行業(yè)發(fā)展迅猛，行業(yè)人士透露：隨著全國各地交通 道路的發(fā)展改善，世

29、界能源資源的緊張，輕便省力、環(huán)保節(jié)能、 價(jià)格適中的電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車將被越來越多的國人購買， 其出口量和國外市場區(qū)域也將不斷擴(kuò)大。 1 1、電動(dòng)自行車市場、電動(dòng)自行車市場 從電動(dòng)自行車的市場看，有關(guān)部門的不完全統(tǒng)計(jì)，僅2005 年，日本每年電動(dòng)車需求達(dá)25萬輛，美國10萬輛，歐洲7萬輛， 東南亞50萬輛；預(yù)計(jì)未來3至4年內(nèi)，電動(dòng)自行車將成為歐洲自 行車商下一階段推出的主要產(chǎn)品，僅歐洲市場的年銷量就可在 300萬至400萬輛。我國電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)成長時(shí)間不長，近十年的發(fā) 展，這個(gè)行業(yè)從無到有，逐漸壯大。98年電動(dòng)車產(chǎn)量僅為5.45 萬輛，99年為12.6萬輛，中國電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)在2000年進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化 發(fā)

30、展階段。2007年以前，電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)一直保持了80%以上的增長 速度。目前全國有近2000家電動(dòng)車企業(yè)。行業(yè)協(xié)會(huì)介紹，中國 電動(dòng)自行車年產(chǎn)銷量，在2006年達(dá)到1920萬輛，占世界總產(chǎn)銷 量的90以上。中央電視臺(tái)央視網(wǎng)和天津自行車行業(yè)協(xié)會(huì)主辦 的2008央視網(wǎng)首屆電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇上提到，到2010年， 我國電動(dòng)車的產(chǎn)銷量可達(dá)到3000萬輛，出口量為500萬輛-600萬 輛，實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值700-1600億元。而且下列三個(gè)原因也不可忽 視： （1） 隨著國家相關(guān)法律法規(guī)的逐漸健全，目前的全電動(dòng)自行 車將逐漸被電動(dòng)助力車所取代； （2） 隨著常規(guī)能源的逐漸緊張以及大眾環(huán)保意識(shí)的逐漸強(qiáng)化， 電動(dòng)助

31、力車的銷量還將增長； （3） 歐洲、日本、東南亞對電動(dòng)車的要求之一就是必須是精 確助力型的。 因此，對本項(xiàng)目所研發(fā)的產(chǎn)品的需求也將非常迫切，市場 需求看好。按照目前常見的3-4種助力方式，做為一種全新的助 力方式，國內(nèi)電動(dòng)車公司出口合作，則將會(huì)獲得更大的市場份 額。 2 2、電動(dòng)汽車市場、電動(dòng)汽車市場 從電動(dòng)汽車的發(fā)展看，燃油汽車的污染問題早已被全世界 所重視，我國已有 10 個(gè)城市被列入全球大氣污染最嚴(yán)重的 20 個(gè)城市之中。我國現(xiàn)今人均汽車是每 1000 人平均 10 輛汽車， 但石油資源不足，每年已進(jìn)口幾千萬噸石油，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 假如我國人均汽車持有量達(dá)到現(xiàn)在全球水平-每 1000

32、人有 110 輛汽車，我國汽車持有量將成 10 倍地增加，石油進(jìn)口就成 為大問題。因此在我國研究發(fā)展電動(dòng)汽車不是一個(gè)臨時(shí)的短期 措施，而是意義重大的、長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略考慮。電動(dòng)汽車的開發(fā)和 研制一直是世界汽車制造業(yè)努力追求的目標(biāo)。美國通用、福特， 口本豐田、本田和日產(chǎn)都在投入巨額資金，積極加緊研制電動(dòng) 轎車。美國在 2003 年“零污染”汽車銷售的比例已占新車銷售 額的 10%，我國近年來的重大科技攻關(guān)計(jì)劃中也有很多相關(guān)計(jì) 劃，官方及民間資金投入也是數(shù)以百億計(jì)的。 2007 中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展國際論壇上，與會(huì)專家一致認(rèn)為， 配備有電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的混合動(dòng)力技術(shù)將成為現(xiàn)階段我國節(jié)能環(huán) 保汽車的主要發(fā)展方向。

33、這將環(huán)節(jié)目前嚴(yán)峻的節(jié)能減排形勢。 在由中國汽車技術(shù)研究中心和中國汽車工程學(xué)會(huì)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合主 辦的“2007 中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展國際論壇”上，來自發(fā)改委、財(cái) 政部、科技部、商務(wù)部、環(huán)?？偩值缺姸嗖课鹃L級(jí)以上的高 官，以及一汽、上汽、東風(fēng)、陜汽、吉利、通用、豐田、日產(chǎn)、 標(biāo)致雪鐵龍等國內(nèi)外汽車巨頭的高層，在演講時(shí)都無一例外地 談到我國汽車企業(yè)發(fā)展所要面臨的來自能源和環(huán)境的挑戰(zhàn)。根 據(jù) bp 世界能源統(tǒng)計(jì),2006 年中國石油消費(fèi)量約為 3.5 億噸，同 比增長 9.3%。我國已成為世界第二大石油消費(fèi)國和第三大石油 進(jìn)口國。而當(dāng)前機(jī)動(dòng)車用燃油消耗占整個(gè)石油消費(fèi)量的 1/3 左 右。全國汽油產(chǎn)量的 90

34、%和柴油產(chǎn)量的 25%左右都被汽車消費(fèi)掉 了。我國石油對外依存度去年達(dá)到 47%，同比上升了 4.1%，預(yù) 計(jì)到 2020 年石油對外依存度還將達(dá)到 56%60%，國家能源安 全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。另一方面，隨著我國汽車消費(fèi)和保有量的迅 速增加，汽車污染排放對空氣質(zhì)量的影響日趨嚴(yán)重。國家環(huán)保 總局污染控制司副司長李新民說：“汽車保有量增加導(dǎo)致氮氧 化物、顆粒物和 voc(揮發(fā)性有機(jī)化合物)排放量大，使得城市 陰霾天氣增加，能見度低，光化學(xué)污染危險(xiǎn)增大。 ”發(fā)改委副主 任張國寶認(rèn)為：“我國已經(jīng)從煤煙型污染開始向汽車尾氣型污 染轉(zhuǎn)化。 ”為此，我國汽車產(chǎn)業(yè)提出了 2010 年的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃目標(biāo)， 當(dāng)汽車保有

35、量翻番時(shí)，力爭實(shí)現(xiàn)燃油消費(fèi)增長不超過 50%；2010 年實(shí)現(xiàn)新車平均單車百公里油耗比 2005 年降低 15%。要達(dá)到上述目標(biāo)，一方面需要提高傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的燃油 經(jīng)濟(jì)性和排放標(biāo)準(zhǔn)，另一方面還要大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保型的新能 源汽車即電動(dòng)汽車。正如吉利控股集團(tuán)有限公司董事長李書福 所言， “目前全球汽車業(yè)的發(fā)展都在向新能源方向轉(zhuǎn)移，這就給 了我國汽車工業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)蛙跳的機(jī)會(huì)，在新能源技術(shù)上擺脫汽 車工業(yè)技術(shù)弱者的地位。 ”為了搶抓這一歷史機(jī)遇，早在 2001 年，新能源汽車研究項(xiàng)目就已經(jīng)被列為國家“十五”期間的重 大科技課題。當(dāng)時(shí)啟動(dòng)了“十五國家 863 計(jì)劃電動(dòng)汽車重 大專項(xiàng)” ，提出了燃料電池整

36、車項(xiàng)目、混合動(dòng)力整車項(xiàng)目、純電 動(dòng)汽車項(xiàng)目三個(gè)發(fā)展方向，國家專項(xiàng)投入資金 8 億多元。目前 豐田的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是全球領(lǐng)先的。豐田旗下著名的電油混合 動(dòng)力車 prius(普瑞斯)全球銷量已突破三百萬輛。 隨著世界石油價(jià)格的飛漲，新能源技術(shù)發(fā)展思路日漸清晰， 國內(nèi)廠家也加快了產(chǎn)業(yè)化的步伐。上汽以榮威為基礎(chǔ)平臺(tái)的帶 有電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的汽車 2008 年小批量投產(chǎn)，2010 年達(dá)到 5 萬輛產(chǎn) 能。一汽也選擇同樣的技術(shù)應(yīng)對節(jié)能環(huán)保課題。 隨著產(chǎn)業(yè)化的到來，有專家預(yù)測，2010 年，國內(nèi)帶有電 驅(qū)動(dòng)裝置的汽車年產(chǎn)能將達(dá)到 600800 萬輛，其產(chǎn)值將達(dá)到 1600 億。 3 3、產(chǎn)品生命力周期、產(chǎn)品生命力周期

37、 從對市場的狀況進(jìn)行的分析可以看出，電動(dòng)汽車的市場方 興未艾，隨著產(chǎn)業(yè)化的開始和不斷發(fā)展，帶有電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的汽 車和純電動(dòng)汽車必將逐步取代現(xiàn)在的燃油汽車，成為下一代汽 車的主流。因此，其配套產(chǎn)品行業(yè)也必將隨之而繁榮，而本項(xiàng) 目研發(fā)出的產(chǎn)品由于其精準(zhǔn)的信號(hào)檢測和完備的控制模型與算 法，使之可以在同類產(chǎn)品中脫穎而出，占有相當(dāng)一部分市場份 額。而此類產(chǎn)品的生命力都將隨整個(gè)新興的電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā) 展而生生不息。 4 4、價(jià)格預(yù)測、價(jià)格預(yù)測 從項(xiàng)目的特點(diǎn)看，本項(xiàng)目的產(chǎn)品屬獨(dú)有技術(shù)，在性能上其 他產(chǎn)品是無法相比的。而在價(jià)格上，電動(dòng)自行車的信號(hào)檢測、 提取、處理、電機(jī)控制部分的價(jià)格可定位在約 100 元上下，

38、與 其他產(chǎn)品價(jià)格相當(dāng)，具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢。電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)矩 實(shí)時(shí)檢測部分及差速控制部分的價(jià)格依據(jù)目前國內(nèi)不同的類型 和配套車輛，價(jià)格變化范圍較大，參考定價(jià)可以為信號(hào)提取部 分每臺(tái)電機(jī)約 150 元，中央控制單元價(jià)格約為 800 元，如果為 四輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車，則在本產(chǎn)品上的投入即約為 1400 元，而其 性能則明顯優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品。 5 5、效益分析、效益分析 本項(xiàng)目產(chǎn)品雖然采用同樣的關(guān)鍵技術(shù)，但可以細(xì)分為電動(dòng) 自行車和電動(dòng)汽車兩部分。 其中電動(dòng)自行車的市場目前已經(jīng)形成，而其研發(fā)也已經(jīng)完 成了前期階段，立項(xiàng)后可以在項(xiàng)目資金的支持下迅速完成關(guān)鍵 部分的設(shè)計(jì)和制作，并直接進(jìn)入產(chǎn)品小批量試產(chǎn)階段及其后的 批量生產(chǎn)，從