某新型純電動(dòng)汽車減速器的匹配計(jì)算

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1、 某新型純電動(dòng)汽車減速器的匹配計(jì)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(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定與匹配對純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能影響巨大 ?本文對某型號電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力 性能匹配,并確定合適減速比，以滿足整車動(dòng)力性能要求.CRUISE仿真結(jié)果表明,現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電動(dòng) 機(jī)與優(yōu)化減速比后的減速器匹配能滿足純電動(dòng)汽車動(dòng)力性能要求 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定與匹配對純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能影響巨大。 本文對某型號電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力 性能匹配，并確定合適減速比，以滿足整車動(dòng)力性能要求。 CRUISE仿真結(jié)果表明，現(xiàn)有驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)與優(yōu)化減速比后的減速器匹配能滿足純電動(dòng)汽車動(dòng)力性能要求。 電動(dòng)機(jī)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(dòng)了純電動(dòng)汽車的普及應(yīng)用。 純電動(dòng)汽車具有電動(dòng)機(jī)效率高、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)簡單等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)性能的優(yōu)劣直接影響到減速 器匹配，進(jìn)而影響到整車動(dòng)力性能。本文計(jì)算基于公司新開發(fā)的一款純電動(dòng)汽車，對現(xiàn)有驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速比匹配計(jì)算，以滿足整車動(dòng)力性要求。 減速器匹配計(jì)算 電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能主要取決于動(dòng)力單元的性能及其各單元的優(yōu)化匹配， 在現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的 前提下如何進(jìn)行合理匹配減速器至關(guān)重要，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車最高車速 150km/h,最大爬坡度30% 0?100km/h加速時(shí)間12s，相關(guān)整車參數(shù)見表1。 現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)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(shí)，電 動(dòng)機(jī)獲得恒定轉(zhuǎn)矩輸出Tmax n>nb時(shí)，電動(dòng)機(jī)以恒定功率輸出Pmax由電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲 線（見圖1）可知，電動(dòng)機(jī)恒功率區(qū)系數(shù) B =nmax/nb=2,滿足一般設(shè)計(jì)值2?3的范圍。 3：翦爐州闔線 !!■ I KM WH. < ir.nvil b）戲軍曲整 圖1電機(jī)機(jī)械特性曲線 電動(dòng)機(jī)工作在額定功率區(qū)域且轉(zhuǎn)速最高時(shí)，選擇合適的傳動(dòng)比能夠使汽車達(dá)到最高設(shè)計(jì)車 速，此時(shí)變速器的傳動(dòng)比為最小傳動(dòng)比。 叫=0377— M

4、（1） 通過公式（1）計(jì)算在滿足最高車速150km/h時(shí)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(dòng)比； io 主減速器的傳動(dòng)比； r 車輪滾動(dòng)半徑，單位為m 經(jīng)過計(jì)算后得出igio=4.63 。 ^2豪那戚連比為4 63無-"曲空 Mb rtan rttt IrU- *AM Ui ttn An okb： K t： ? r.^firk I, 凰3蠢大減連比為8 0時(shí)t - 2.確疋最大傳動(dòng)比 最大傳動(dòng)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(dòng)機(jī)可以在低轉(zhuǎn)速區(qū)獲得恒 定轉(zhuǎn)矩輸出，因此最大傳動(dòng)比不受其限制，本文計(jì)算主要考慮最大爬坡度的影響。 汽車爬陡坡時(shí)，車速很低，可以忽略空氣阻力，因此，汽車最大傳動(dòng)比要滿足： f a +隘in” \r (2) Ttq 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，單位為 Nm G——作用于汽車上的重力G; ?――滾動(dòng)阻力系數(shù)； amax 最大爬坡角度，單位為（）; 經(jīng)過計(jì)算得出igio=8。 通過上述計(jì)算分析知，在滿足最咼車速 150km/h時(shí)，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(shí)，可以分別作出滿足最高車速及最大爬坡度減速比時(shí) 對應(yīng)的爬

6、坡度一車速曲線（見圖2和圖3）。 20 40 0 $0 JOO |?0 HO 1B0 IBV o o o o o O S 7 5 4 3 AW 斛S 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(shí)，能夠達(dá)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(shí)，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(jì)要求，而采用初步計(jì)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(jì)采用交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，需考慮城市工況常用車速及最高車速點(diǎn)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(dòng)功率與行駛阻力功率的平衡點(diǎn)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(dòng)電動(dòng)機(jī)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(diǎn)及最高車速行駛平衡點(diǎn)要求。 1擋速比在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域末端 的a點(diǎn)，即基速位置區(qū)域達(dá)到常規(guī)車速行駛平衡， 電動(dòng)機(jī)開始恒功率輸出，此時(shí)車速約50km/h； 當(dāng)車速提升到b點(diǎn)時(shí)，換入2擋繼續(xù)進(jìn)行恒功率輸出，直到達(dá)到行駛阻力與驅(qū)動(dòng)力平衡， 即得 到最高車速。本文設(shè)定在b點(diǎn)時(shí)達(dá)到換擋點(diǎn)，此時(shí)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(dòng)力行駛阻力平衡曲線 動(dòng)力性仿真驗(yàn)證 1. 建立計(jì)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(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配計(jì)算， 基于此，搭建此型號純電動(dòng)汽車計(jì)算模型， 進(jìn)而仿真搭載兩級減速器的整車性能。 電動(dòng)機(jī)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(jì)算模塊按照設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)半徑/m 滾動(dòng)阻力系數(shù)〃 3. 最高車速 通過仿真得出整車驅(qū)動(dòng)力行駛阻力平衡曲線(見圖 6)。由圖可知，在電動(dòng)機(jī)達(dá)到最高轉(zhuǎn) 速時(shí)仍有后備牽引力，此時(shí)最高車速為 163km/h?？紤]電動(dòng)機(jī)效率等因素，采取電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在 最高轉(zhuǎn)速90%- 95%處取得最高車速，滿足設(shè)計(jì)要求。 4. 加速性能 仿真得出，從0?100km/h的加速時(shí)間為10.95s，滿足整車加速時(shí)間要求。 通過上述仿真分析可知，此型號電動(dòng)機(jī)匹配兩級減速后能夠滿足整車動(dòng)力性能要求， 為后 期設(shè)計(jì)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(dòng)比的純電動(dòng)汽車來說，車輛的最高車速、加速時(shí)間及最大爬坡度之 間相互制約。通過優(yōu)化電動(dòng)機(jī)特性曲線設(shè)計(jì)出性能優(yōu)越的電動(dòng)機(jī)， 并優(yōu)化減速比，可以采用單 級減速器，充分發(fā)揮電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢。 (2) 而在電動(dòng)機(jī)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(shí)間等。