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1、
某新型純電動汽車減速器的匹配計算
作者:秦家順 武 磊 文章來源:上海海馬汽車研發(fā)有限公司
動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定與匹配對純電動汽車的動力性能影響巨大 ?本文對某型號電機進行動力 性能匹配,并確定合適減速比,以滿足整車動力性能要求.CRUISE仿真結(jié)果表明,現(xiàn)有驅(qū)動電動 機與優(yōu)化減速比后的減速器匹配能滿足純電動汽車動力性能要求
動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定與匹配對純電動汽車的動力性能影響巨大。 本文對某型號電機進行動力 性能匹配,并確定合適減速比,以滿足整車動力性能要求。 CRUISE仿真結(jié)果表明,現(xiàn)有驅(qū)動 電動機與優(yōu)化減速比后的減速器匹配能滿足純電動汽車動力性能要求。
電動機功率密度、電池能量
2、密度及控制系統(tǒng)等 技術(shù)的發(fā)展,推動了純電動汽車的普及應(yīng)用。 純電動汽車具有電動機效率高、動力傳動系統(tǒng)簡單等優(yōu)點。電動機性能的優(yōu)劣直接影響到減速 器匹配,進而影響到整車動力性能。本文計算基于公司新開發(fā)的一款純電動汽車,對現(xiàn)有驅(qū)動 電動機進行減速比匹配計算,以滿足整車動力性要求。
減速器匹配計算
電動汽車的動力性能主要取決于動力單元的性能及其各單元的優(yōu)化匹配, 在現(xiàn)有電動機的
前提下如何進行合理匹配減速器至關(guān)重要,根據(jù)設(shè)計要求,本文設(shè)計的電動汽車最高車速 150km/h,最大爬坡度30% 0?100km/h加速時間12s,相關(guān)整車參數(shù)見表1。
現(xiàn)有電動機的額定轉(zhuǎn)速nb和最高轉(zhuǎn)速nmax分別
3、為3000r/min和6000r/min ;額定功率和 峰值功率分別為35kW和70kW額定轉(zhuǎn)矩和峰值轉(zhuǎn)矩分別為 110Nm和220Nm在nW nb時,電 動機獲得恒定轉(zhuǎn)矩輸出Tmax n>nb時,電動機以恒定功率輸出Pmax由電動機機械特性曲 線(見圖1)可知,電動機恒功率區(qū)系數(shù) B =nmax/nb=2,滿足一般設(shè)計值2?3的范圍。
3:翦爐州闔線
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b)戲軍曲整
圖1電機機械特性曲線
電動機工作在額定功率區(qū)域且轉(zhuǎn)速最高時,選擇合適的傳動比能夠使汽車達到最高設(shè)計車 速,此時變速器的傳動比為最小傳動比。
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4、(1)
通過公式(1)計算在滿足最高車速150km/h時所需減速比。其中,m 汽車行駛速度,
單位為km/h;
n――道路坡度,單位為%
ig 變速器傳動比;
io 主減速器的傳動比;
r 車輪滾動半徑,單位為m
經(jīng)過計算后得出igio=4.63 。
^2豪那戚連比為4 63無-"曲空
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凰3蠢大減連比為8 0時t -
2.確疋最大傳動比
最大傳動比的影響因素包括最大爬坡度、 附著率及汽車最低穩(wěn)定車速。附著率需要考慮輪 胎和路面的情況,此處暫不考慮
5、;對于汽車最低穩(wěn)定車速,由于電動機可以在低轉(zhuǎn)速區(qū)獲得恒 定轉(zhuǎn)矩輸出,因此最大傳動比不受其限制,本文計算主要考慮最大爬坡度的影響。
汽車爬陡坡時,車速很低,可以忽略空氣阻力,因此,汽車最大傳動比要滿足:
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(2)
Ttq 電動機轉(zhuǎn)矩,單位為 Nm
G——作用于汽車上的重力G;
?――滾動阻力系數(shù);
amax 最大爬坡角度,單位為();
經(jīng)過計算得出igio=8。
通過上述計算分析知,在滿足最咼車速 150km/h時,減速比最小為4.63 ;在滿足最大爬
坡度30%寸所需要最大減速比為 &同時,可以分別作出滿足最高車速及最大爬坡度減速比時 對應(yīng)的爬
6、坡度一車速曲線(見圖2和圖3)。
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優(yōu)化速比后功率平衡曲線
主世kmh-
圖5 i?u曲線
由圖2可知,在最小減速比為4.63時,能夠達到最高車速的需求,但最大爬坡度較??; 由圖3可知,在最大減速比8時,滿足最大爬坡度卻無法滿足最高車速。因此,單級減速比無 法滿足設(shè)計要求,而采用初步計算的最小、最大減速比的兩級速比能夠滿足整車性能要求。
本設(shè)計采用交流驅(qū)動電動機,需考慮城市工況常用車速及最高車速點的位置, 其中城市工 況常規(guī)車速一般落在基
7、轉(zhuǎn)速nb區(qū)域,最高車速取自驅(qū)動功率與行駛阻力功率的平衡點處。最 高車速一般在nmax的90%- 95%處取得,故將最小減速比優(yōu)化為 4.2,最大減速比仍為 &
由優(yōu)化速比后的功率平衡曲線(見圖 4)可知,此型號驅(qū)動電動機搭載優(yōu)化后的兩級速比 變速器能夠滿足常規(guī)車速行駛平衡點及最高車速行駛平衡點要求。 1擋速比在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域末端
的a點,即基速位置區(qū)域達到常規(guī)車速行駛平衡, 電動機開始恒功率輸出,此時車速約50km/h; 當(dāng)車速提升到b點時,換入2擋繼續(xù)進行恒功率輸出,直到達到行駛阻力與驅(qū)動力平衡, 即得 到最高車速。本文設(shè)定在b點時達到換擋點,此時等功率區(qū)域能夠較好的銜接起來, 并能夠最 大
8、程度地發(fā)揮其加速性能。
圖6驅(qū)動力行駛阻力平衡曲線
動力性仿真驗證
1. 建立計算模型
CRUISED件模塊化的建模理念可以用于汽車開發(fā)過程中的動力和傳動系統(tǒng)的匹配計算,
基于此,搭建此型號純電動汽車計算模型, 進而仿真搭載兩級減速器的整車性能。 電動機模塊
中分別輸入額定工況及峰值工況下的特性數(shù)據(jù),其余計算模塊按照設(shè)計要求分別輸入。
2. 最大爬坡度
通過仿真得出搭載兩級速比減速器動力模型的爬坡度-車速曲線(見圖 5),整車最大爬
坡度為31.53%,滿足整車爬坡度30%勺要求。
表1整車匹配相關(guān)參數(shù)
1 500
2.2
0.3
0.307
0.015
9、
整備質(zhì)量/kg
迎風(fēng)面積A/m廠 風(fēng)阻系數(shù)CD_ 車輪滾動半徑/m 滾動阻力系數(shù)〃
3. 最高車速
通過仿真得出整車驅(qū)動力行駛阻力平衡曲線(見圖 6)。由圖可知,在電動機達到最高轉(zhuǎn) 速時仍有后備牽引力,此時最高車速為 163km/h??紤]電動機效率等因素,采取電動機轉(zhuǎn)速在 最高轉(zhuǎn)速90%- 95%處取得最高車速,滿足設(shè)計要求。
4. 加速性能
仿真得出,從0?100km/h的加速時間為10.95s,滿足整車加速時間要求。
通過上述仿真分析可知,此型號電動機匹配兩級減速后能夠滿足整車動力性能要求, 為后
期設(shè)計開發(fā)提供了參考。
結(jié)論
由CRUISE仿真分析結(jié)果表明:
(1) 對于采用定傳動比的純電動汽車來說,車輛的最高車速、加速時間及最大爬坡度之
間相互制約。通過優(yōu)化電動機特性曲線設(shè)計出性能優(yōu)越的電動機, 并優(yōu)化減速比,可以采用單
級減速器,充分發(fā)揮電動驅(qū)動的優(yōu)勢。
(2) 而在電動機特性和技術(shù)提升空間受限情況下,可以采用兩級減速器,以提高車輛最 高速度,縮短車輛加速時間等。