2024年4月6日发(作者：起亚新款)
AUTOMOBILE EDUCATION
| 汽车教育
北汽EC180驱动电机教学仿真平台开发设计
王小龙
1
曹文继
1
杜伟
2
1.成都大学 机械工程学院 四川省成都市 610106 2.成都明然智能科技有限公司 四川省成都市 611435
摘 要： 在国家节能环保政策的引导下，传统汽车产业面临向新能源汽车领域转型升级，国内各大车企对新能源汽
车人才需求旺盛。本文对驱动电机开展精细化反求设计，运用Handyscan和Solidworks软件联合搭建三维
模型，联合Unity3D软件开发了北汽EC180驱动电机教学仿真平台，实现动态展示电机爆炸图、电机正
反转和紧急制动停车功能。运用三维仿真技术呈现驱动电机系统构造、工作过程和工作原理，相较以文字、
图片和工程图等元素讲授为主的传统教学模式，显著提高了教学水平和人才培养质量。
关键词：驱动电机 Handyscan Solidworks Unity3D 仿真平台
Development and Design of Driving Motor Teaching Simulation Platform for BAW EC180
Wang Xiaolong
Cao Wenji
Du Wei
Under the guidance of the national energy conservation and environmental protection policies
，
the traditional automotive industry is facing the
Abstract
：
transformation to the new energy vehicles
，
which have a strong demand for new energy vehicle talents. Carried out re? ned reverse design for
the driving motor in this paper
，
constructed the three dimensional model with Handyscan and Solidworks software
，
realized dynamic display
motor explosion diagram
，
motor positive
，
negative rotation and emergency braking function. The structure
，
working process and principle
of the driving motor were presented by three-dimensional simulation. Compared with the traditional teaching mode which mainly focuses on the
teaching of text
，
pictures and engineering drawings
，
the teaching level and the quality of talent cultivation have been signi? cantly improved.
Key words
：
driving motor
，
Handyscan
，
Solidworks
，
Unity3D
，
simulation platform
1 引言
在国家节能环保政策的引导下，燃油汽
车排放法规日益严苛，传统汽车产业面临向
新能源汽车领域转型升级的迫切要求，各大
车企对新能源汽车人才需求旺盛
[1]
。国内一百
多所高校开设了车辆工程新能源汽车方向课
程，着力培养新能源汽车专业人才
[2]
。然而，
国内各高校基本沿用传统的文字、图片和二
维工程图等知识元素开展课堂教学，教学方
法和教学模式陈旧，实验实训等硬件条件滞
后，导致理论与实践脱节，学生不能彻底掌
握专业知识，举一反三，深度思考，创新能
力培养缺失，更不能满足新时代、新形势下
汽车工业对新能源汽车高素质人才的需求
[3]
。
基于此，本文建立了北汽EC180驱动电机教
学仿真平台，在教学中引入仿真技术，学生
可以自由的操作平台软件，主动参与到教学
过程中，大幅提高教学效果和人才培养质量。
螺旋测微仪等工具测定。电机后端盖为多变
曲面，应用Handyscan700扫描仪逆向反求。
Handyscan700配套软件为VXelements，融
入了全部的基本元素和工具，VXmodel是一
款被集成到VXelements中用于后期处理的图
形软件
[4]
。
启动计算机上的扫描仪随附的
VXelements软件，创建新的会话框，为确
保优秀的数据质量，温度变化，表面质量不
佳都应及时校准。完成校准，进行配置选择，
在准备测量的部件上添加标点，密切关注标
点的密度，相对位置等。扫描定位标点，优
化定位模型，扫描时，扫描部件选择距离适
中，分辨率，优化表面，优化点，扫描完毕
保存云点。所测定部分参数如表1所示。
2.2 驱动电机主要部件模型
应用上述数据，建立转子模型、电机前
端盖模型、定子模型、电机外壳和接线盒等
标准模型。电机前端盖的建模，比较规整，
除拉伸切除外，主要应用镜像、阵列等菜单。
电机后端盖建模使用扫描仪数据，该过程繁
琐，经过修复、临摹工序完成
[5]
，以点云数据
的形式导入Solidworks，如图1所示。
由于散热筛片的存在，电机外壳建模困
难，未采用圆柱体切除方式，而通过筛片某
一截面拉伸的方法得到模型，如图2所示。
表1 电动机部分结构尺寸参数
驱动电动机主要部件
电机外壳
电机转子
电机前壳体
电机盖
编码盘
接线盒壳体
连接螺栓
长/直径（mm）
270
124
229
127
81
124
8
宽度（mm）
—
—
229
—
—
124
—
高度（mm）
250
160
21
24
14
50
45
2 驱动电机联合建模
2.1 驱动电机参数测定
驱动电机参数测定分两大步，按工艺拆
装驱动电机，较规整的结构采用游标卡尺、
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时代汽车
图1 电机后端盖模型
功能。具备一键退出功能。
3.2 仿真开发流程
使用Unity3D软件作为开发工具，可
自由创建3D动画、3D视频游戏等，支持在
Windows、IOS、Android等多种平台发布，
脚本编程基于Mono技术，适应JavaScript、
C# 或Boo语言
[7]
。
打开Unity3D，初始界面如图4所示，
开发流程为：导入模型文件，材质镜头设置，
Unity3D支持C#及JS两种语言，在
下载Unity时，默认下载C#。编写脚本，
选择“Assets”，点击“Create”，选择
C#Script，出现了一个代码编写的文件，进
行重命名，双击进入C#中编写，如图6所示。
图6 脚本编写界面
图2 电机外壳建模
导入动画插件，添加动画（即是爆炸图的延
时生成过程），复制模型，添加透明脚本及
参考物模型，设置UI按钮，编写UI脚本，
绑定脚本，设置发布程序参数，发布程序
[8]
。
图4 Unity3D软件操作界面
3.3 程序流程图
待上一次程序指令结束后，系统自动复
位，程序处于等待状态，点击选择不同的按
钮执行不同的指令。加速按钮状态，电机加
速旋转，进行循环反馈判断，达到最大转速后，
系统执行最大转速。倒车按钮状态，电机反
向转动，进行循环反馈判断，达到最大转速后，
系统执行最大倒车转速，如图7所示。在减
2.3 驱动电机模型总装配
在Solidworks中选择新建装配体，导入
电机外壳，默认为中心，固定模型，依次导
入其它零件，确定配合关系。电机后端盖装
配是总装配的难点，该模型由扫描仪得到，
不便于装配中的约束操作，提前在零件工程
中建立一个基准面，以该基准面为参考。螺
栓与曲面约束，打开基准面，以基准面开始
配合，建立正确的装配约束关系
[6]
，完成总装
配，如图3所示。
打开软件后的第一步是导入模型。在
3dsmax中完成格式转换，模型另存为FBX
格式。模型导入后，完成材质设定，模型更
有质感，如图5所示，最后完成镜头设置。
速制动模式下，程序执行循环运算，直至速
度降至零，如图8所示。
图7 主程序流程图
开始
图3 驱动电机总装配
图5 材质设置前后对比
velocity=0
D or R
velocity=0
N
velocity max Y velocity=V max velocity max Y velocity=V max velocity=0 N 结束 a）材质设置前 3 驱动电机仿真开发设计 3.1 仿真功能简介 实现结构展示与运动仿真功能。结构展 示实现：点击按钮，自动生成爆炸图，各个 零件模块具有延时展示功能，加入镜头旋转 和驱动电机缩放功能，全视野观察电机构造。 电机动态仿真实现前进、倒车和制动减速驻 车，点击不同的按钮，实现不同的动态演示 b）材质设置后 图8 制动子程序流程图 开始 制动 N velocity=0 Y 结束 AUTO TIME 73 Copyright?博看网 . All Rights Reserved. AUTOMOBILE EDUCATION | 汽车教育 3.4 程序发布 完成电机结构展示与运动仿真后，保存 文件，点击Unity3D软件左上角的“File”， 选择“Build settings”，弹出界面窗口，点 击“Add Open Scenes”将当前场景添加到 待生成的列表里，左下方的平台选择“PC， Mac&Linux Standalone”，点击“Build” 按钮，输入选择发布程序的路径和名称，完 成程序发布。双击应用程序，弹出新的界面， 勾选“Windowed”，自动调整分辨率，点击 “Play”进入应用程序。 EC180三电系统仿真软件平台，驱动电机 系统，动力电池系统和充电系统，如图9 所示。 开发的仿真教学平台系统，可以全景接 触驱动电机，视角效果如图10所示。 4.2 三维动态仿真 电机爆炸演示遵照电机装配工艺，沿虚 拟转子轴线移动，各部件按设置时序顺次延 迟两秒或者同时移动，移动的距离顺次减小， 直至最后一个部件，如图11所示。 点击运动仿真，电机非运动部分可视化， 保留转子部分，显示预先设定的参考物，弹 图11 驱动电机结构展示 逐步减小至零；单击R按钮，电机开始反向 旋转，达到最大值后保持最大转速运行，如 图12所示。 4 驱动电机动态仿真 4.1 三维动态仿真软件平台界面 依照上述建模与仿真方法，建立北汽 出设定的D、R、刹车三个UI按钮。单击D 按钮，电机开始旋转加速，达到最大值后保 持最大转速旋转；单击刹车按钮，电机速度 图12 电机运动仿真 图9 仿真软件操作界面 动力电池系统驱动电机系统 充电系统 5 结语 图10 仿真平台驱动电机各视图 在欧美发达国家，美国依勒冈大学、麻 省理工学院、西班牙大学和意大利帕瓦多 大学在20世纪90年代就建立远程虚拟仿真 实验室。2014年教育部公布首批一百个国 家级仿真教学实验中心 [9] ，着力开发仿真软 件。为满足新时代汽车整车及零部件企业 对新能源汽车人才的需求，本文综合运用 Handyscan、Solidworks和Unity3D软件开 发了北汽EC180驱动电机教学仿真平台，实 现了驱动电机系统、动力电池系统和充电系 a）正视 b）右下角 统模块有机融合，动态仿真展示电机构造、 工作过程和工作原理，该平台具有可操作性 和功能拓展性，平台开发符合国家建设仿真 教学平台的战略要求，提高了人才培养质量 和创新能力。 基金项目：四川省科技厅科研计划 （2017KZ0075）资助项目，四川省教育厅科 研计划（CDXW-2015001）资助项目 c）侧视 d）左上角 （下转第78页） 74 AUTO TIME Copyright?博看网 . All Rights Reserved. NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车 图10 惯性飞轮800r/min时储能飞轮 回收能量与惯性飞轮能量变化图 惯性飞轮800r/min时回收能量与惯性飞轮能量变化图 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 01234 时，应在达到能量平衡点后再进行常规制动， 并将储能飞轮与车辆变速器分离，使飞轮处 于最高储能状态，以便在车辆需要时输出最 大能量驱动车辆。 [2]王兴贵，周海涛，李晓英. 飞轮电池在电 动汽车中的应用研究[J].电气自动化.2013， 35（1）：25-27. [3]张付义.电动汽车试验台的总体设计与技 术研究[D]. 西安：长安大学，2006. [4]费蓝冰，崔方，刘芳华. 电动车再生制动 试验台设计研究[J]. 微特电机.2014，42 （10）：17-21. [5]赵会强. 电动汽车制动能量回收试验台技 术研究[D]. 西安：长安大学，2007. 能 量 （ J ） 整车惯性模拟飞轮能量 储能飞轮能量 6 总结 本文提出了一种飞轮储能装置在车辆 567 时间（s） 中的布置。通过试验分析，可以有效地提 高电动汽车的性能。为验证飞轮储能试验 台的设计，对试验台的组成和各部分的功 能进行介绍。之后，通过试验台的搭建与 试验测试，对试验数据分析。为飞轮储能 装置的应用在电动汽车再生制动效果提供 了有效的数据佐证。 这段时间内 数据的采集，可知储能飞轮在 500r/min、600r/min、700r/min、800r/ min时的制动能量的回收率分别为：23.8%、 25.4%、26.5%、28.0%。 再生制动能量回收分析表明，随着初始 动能增加，飞轮能量存储设备具良好的储能 作用，并且回收速度快。从图中分析，制动 能量回收不能回收车辆的惯性模拟飞轮所消 耗的全部能量，但存在一个平衡点，当达到 这个点时，飞轮能量储存装置将不再回收能 量。 因此，将飞轮能量储存装置应用于车辆 作者简介 参考文献： [1]张新宾.飞轮储能式汽车制动能量回收模 拟试验研究[D]东北林业大学.2016. 王井： （1979—），男，研究生，山东禹城人， 惠州城市职业学院新能源汽车技术专业教 师，汽车维修讲师/汽车维修高级技师。 研究方向：新能源汽车传动技术。 （上接第74页） 参考文献： [1]臧杰．新能源汽车[M].北京：机械工业出 版社，2013. [2]侯军兴，文振华．基于仿真技术的汽车专 业课程教学研究与实践[J]. 新课程研究旬 刊，2015（7）：17-18. [3]蒋芬，罗振华．仿真软件在汽车专业教 学中的应用研究[J]. 科技创新导报，2013 （35）：162-163. [4]汤定国，李飞．计算机仿真平台在汽车实 训教学中的应用[J].中国职业技术教育， 2005（25）：39-39. [5]彭永鹏，王振，崔利富，等．手持式三维 激光扫描仪扫描方法优化[J]. 低温建筑技 术，2016，38（2）：1-4. [6]陈超祥，胡其登．Solid works零件与装配 体教程[M].北京：机械工业出版社，2015. [7]宣雨松. Unity3D游戏开发[M]. 北京：人 民邮电出版社，2012. [8]陈嘉栋. Unity 3D脚本编程：使用C#语 言开发跨平台游戏[M]. 北京：电子工业出 版社，2016. [9]晁政，刘鸿宇，黄武，等．虚拟仿真教学 的发展现状[J]. 电子世界，2014（19）： 168-168. 作者简介 王小龙： （1985—），男，硕士研究生，从事汽 车设计制造与测试仿真研究。 78 AUTO TIME Copyright?博看网 . All Rights Reserved.
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