AI 管家 - Configuration design and kinematic analysis of compound power-split mechanisms for in-wheel motor-dr...

轮毂电机驱动电动汽车复合功率分配机构的构型设计与运动学分析

📜 全文总结

📰标题: 面向轮毂电机驱动电动汽车的复合功率分流机构配置设计与运动学分析

🖋️作者: Nabeel Almuramady
🏛️机构: 阿尔卡迪西亚大学机械工程系，伊拉克迪瓦尼耶
🔥关键词: 配置设计, 运动学分析, 复合功率分流机构, 轮毂电机驱动, 混合电动汽车
📓期刊：Results in Engineering
📅发表时间：2025年11月23日

🔍摘要概述

本文提出了一种系统化的复合功率分流机构（CPSM）配置合成与评估框架，专为轮毂电机驱动电动汽车（IWM-EV）设计。与以往仅关注几何可行性的研究不同，本研究将电动机特性（特别是高速、低扭矩输出）纳入配置分析中，提出有效CPSM配置必须同时满足运动学约束、扭矩放大和双输入平衡要求。研究评估了多种双输入行星齿轮排列，分类了有无反作用链接的运行模式，并基于三项设计标准进行筛选：（1）扭矩放大能力，（2）可行的双输入功率贡献，（3）受可制造齿数限制的实用齿轮比。从32个候选排列中，识别出36个可行的速度比区域，对应22个独特的CPSM配置。其中18个配置满足所有约束，并支持六种主要运行模式，包括电机驱动、充电、再生制动和连续可变传动。部分配置为文献中已知架构的再现，而其他则为此前未记录但机械上可行的新设计。本研究为轮毂CPSM技术提供了理论与实践基础。

📒研究背景

随着电动汽车技术的发展，轮毂电机驱动（IWM）因其传动链短、结构紧凑、能耗低等优势被视为未来发展趋势。然而，轮毂电机受到非簧载质量的限制，尺寸和重量较小，性能受限。为解决这一问题，需要通过齿轮系统实现扭矩放大，使小型高速电机能够输出足够驱动轮子的扭矩。传统的功率分流机构（PSM）在混合动力汽车中已有应用，但针对IWM的专用CPSM设计仍不充分。现有研究多关注几何可行性，而忽视了电动机的高速低扭矩特性与实际传动需求之间的匹配。因此，本研究旨在填补这一空白，为IWM系统提供兼顾运动学与动力学性能的CPSM设计方法。

📐研究方法

本研究采用系统化的配置合成与筛选方法，结合运动学与动力学分析。核心步骤如下：

1. 配置生成：基于两自由度行星齿轮系统，生成32种候选的复合行星齿轮排列。

2. 运动学建模：利用速度比公式分析各配置的运行模式。关键公式包括：

   其中  和  分别表示两个行星齿轮组的速度比。

3. 动力学约束：引入三项设计标准：

• 扭矩放大：要求 $ |R_jz,y}\gg 1 |R_{jx,y| \gg 1$，确保电机高速旋转时能有效放大输出扭矩。

• 双输入可行性：要求 ，确保两个电机能协同贡献正向扭矩。

• 实用齿轮比：基于可制造的齿数范围（如 ），排除不切实际的配置。 通过MATLAB脚本对所有配置进行速度比计算与约束验证，最终筛选出18个满足所有条件的配置。

💬研究内容

• 研究对象：复合功率分流机构（CPSM）。

• 研究区域：面向轮毂电机驱动的电动汽车。

• 研究内容：提出一种融合电动机特性的CPSM配置设计方法，系统分析其运动学与动力学性能，并验证其在多种运行模式下的可行性。

💡创新点

1. 首次将电动机特性纳入配置评估：以往研究多关注几何可行性，而本研究首次将高速、低扭矩的电动机特性作为设计约束，确保配置在实际应用中具备动力学可行性。

2. 提出三重设计标准：结合扭矩放大、双输入功率贡献和实用齿轮比，系统筛选出18个高性能配置，其中部分为此前未记录的新架构。

3. 支持多模式运行：所设计的CPSM支持电机驱动、充电、再生制动、连续可变传动等多种模式，提升系统灵活性与效率。

🌟研究结论

本研究提出了一种系统化的CPSM配置设计与评估框架，成功筛选出18个满足高功率密度需求的可行配置。这些配置不仅在运动学上可行，还能在实际运行中实现高效的扭矩放大和双电机协同。研究结果为轮毂电机驱动电动汽车的传动系统设计提供了理论支持和实践参考。未来工作将扩展至动态建模、实时控制策略和实验原型验证。

📝引用

Almuramady等提出了一种融合电动机特性的复合功率分流机构配置设计方法，系统分析了其运动学与动力学性能，并基于扭矩放大、双输入功率贡献和实用齿轮比三项标准筛选出18个可行配置，为轮毂电机驱动电动汽车的传动系统设计提供了理论支持。

📖词汇

AI 管家 - Configuration design and kinematic analysis of compound power-split mechanisms for in-wheel motor-dr...

轮毂电机驱动电动汽车复合功率分配机构的构型设计与运动学分析

📜 全文总结

📰标题: 面向轮毂电机驱动电动汽车的复合功率分流机构配置设计与运动学分析

🖋️作者: Nabeel Almuramady
🏛️机构: 阿尔卡迪西亚大学机械工程系，伊拉克迪瓦尼耶
🔥关键词: 配置设计, 运动学分析, 复合功率分流机构, 轮毂电机驱动, 混合电动汽车
📓期刊：Results in Engineering
📅发表时间：2025年11月23日

🔍摘要概述

本文提出了一种系统化的复合功率分流机构（CPSM）配置合成与评估框架，专为轮毂电机驱动电动汽车（IWM-EV）设计。与以往仅关注几何可行性的研究不同，本研究将电动机特性（特别是高速、低扭矩输出）纳入配置分析中，提出有效CPSM配置必须同时满足运动学约束、扭矩放大和双输入平衡要求。研究评估了多种双输入行星齿轮排列，分类了有无反作用链接的运行模式，并基于三项设计标准进行筛选：（1）扭矩放大能力，（2）可行的双输入功率贡献，（3）受可制造齿数限制的实用齿轮比。从32个候选排列中，识别出36个可行的速度比区域，对应22个独特的CPSM配置。其中18个配置满足所有约束，并支持六种主要运行模式，包括电机驱动、充电、再生制动和连续可变传动。部分配置为文献中已知架构的再现，而其他则为此前未记录但机械上可行的新设计。本研究为轮毂CPSM技术提供了理论与实践基础。

📒研究背景

随着电动汽车技术的发展，轮毂电机驱动（IWM）因其传动链短、结构紧凑、能耗低等优势被视为未来发展趋势。然而，轮毂电机受到非簧载质量的限制，尺寸和重量较小，性能受限。为解决这一问题，需要通过齿轮系统实现扭矩放大，使小型高速电机能够输出足够驱动轮子的扭矩。传统的功率分流机构（PSM）在混合动力汽车中已有应用，但针对IWM的专用CPSM设计仍不充分。现有研究多关注几何可行性，而忽视了电动机的高速低扭矩特性与实际传动需求之间的匹配。因此，本研究旨在填补这一空白，为IWM系统提供兼顾运动学与动力学性能的CPSM设计方法。

📐研究方法

本研究采用系统化的配置合成与筛选方法，结合运动学与动力学分析。核心步骤如下：

1. 配置生成：基于两自由度行星齿轮系统，生成32种候选的复合行星齿轮排列。

2. 运动学建模：利用速度比公式分析各配置的运行模式。关键公式包括：

   其中  和  分别表示两个行星齿轮组的速度比。

3. 动力学约束：引入三项设计标准：

• 扭矩放大：要求 $ |R_jz,y}\gg 1 |R_{jx,y| \gg 1$，确保电机高速旋转时能有效放大输出扭矩。

• 双输入可行性：要求 ，确保两个电机能协同贡献正向扭矩。

• 实用齿轮比：基于可制造的齿数范围（如 ），排除不切实际的配置。 通过MATLAB脚本对所有配置进行速度比计算与约束验证，最终筛选出18个满足所有条件的配置。

💬研究内容

• 研究对象：复合功率分流机构（CPSM）。

• 研究区域：面向轮毂电机驱动的电动汽车。

• 研究内容：提出一种融合电动机特性的CPSM配置设计方法，系统分析其运动学与动力学性能，并验证其在多种运行模式下的可行性。

💡创新点

1. 首次将电动机特性纳入配置评估：以往研究多关注几何可行性，而本研究首次将高速、低扭矩的电动机特性作为设计约束，确保配置在实际应用中具备动力学可行性。

2. 提出三重设计标准：结合扭矩放大、双输入功率贡献和实用齿轮比，系统筛选出18个高性能配置，其中部分为此前未记录的新架构。

3. 支持多模式运行：所设计的CPSM支持电机驱动、充电、再生制动、连续可变传动等多种模式，提升系统灵活性与效率。

🌟研究结论

本研究提出了一种系统化的CPSM配置设计与评估框架，成功筛选出18个满足高功率密度需求的可行配置。这些配置不仅在运动学上可行，还能在实际运行中实现高效的扭矩放大和双电机协同。研究结果为轮毂电机驱动电动汽车的传动系统设计提供了理论支持和实践参考。未来工作将扩展至动态建模、实时控制策略和实验原型验证。

📝引用

Almuramady等提出了一种融合电动机特性的复合功率分流机构配置设计方法，系统分析了其运动学与动力学性能，并基于扭矩放大、双输入功率贡献和实用齿轮比三项标准筛选出18个可行配置，为轮毂电机驱动电动汽车的传动系统设计提供了理论支持。

📖词汇