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        純電動(dòng)汽車的電機(jī)與變速器匹配

        2010-02-26 10:51:16黃菊花
        裝備制造技術(shù) 2010年2期
        關(guān)鍵詞:汽車

        曾 虎 ,黃菊花

        (1.南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,江西南昌330031;2.江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江西南昌330013)

        汽車對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步產(chǎn)生了巨大推動(dòng)作用,但也帶來了一系列負(fù)面效應(yīng),如嚴(yán)重的環(huán)境公害,石油供應(yīng)危機(jī)等。節(jié)約能源與開發(fā)替代能源,被認(rèn)為是緩解環(huán)境污染、保障能源供給的有效方法,開發(fā)代用燃料和電動(dòng)汽車,是解決環(huán)境問題的重要手段之一,豐田prius,yaris、比亞迪F3DM等混合動(dòng)力車型,均引起了較大市場(chǎng)反響。目前,對(duì)電動(dòng)汽車的研究,主要集中在能源儲(chǔ)存、驅(qū)動(dòng)方式和控制策略方面,而純電動(dòng)汽車電機(jī)與變速器的匹配,對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù)航里程也有顯著影響。目前眾多在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)汽車基礎(chǔ)上改造的電動(dòng)汽車,大都沿用了原有變速器的一個(gè)或兩個(gè)檔位來傳動(dòng),不利于變速器的專用化、輕量化及市場(chǎng)化。本文是在昌河IdealⅡ純電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)上,根據(jù)電機(jī)扭矩特性提出的傳動(dòng)方案。

        1 電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的確定

        1.1 電動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)確定

        (1)以最高車速確定電機(jī)額定功率PN。

        PN——電機(jī)額定功(kW);

        ηT——傳動(dòng)系效率0.90~0.92;

        m——最大總質(zhì)量(kg);

        f——滾動(dòng)摩擦系數(shù),良好瀝青路面0.010~0.018,一般瀝青與水泥路面0.018~0.020;

        Cd——風(fēng)阻系數(shù),轎車Cd=0.30~0.41;

        A——迎風(fēng)面積(m2),轎車A=1.7~2.1;

        umax—— 最高車速(km/h)。

        (2)以常規(guī)車速確定電機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN。

        nN——電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(r/min);

        ig——變速器傳動(dòng)比;

        i0——主減速器傳動(dòng)比;

        r——車輪滾動(dòng)半徑(m)。

        (3)以額定功率、轉(zhuǎn)速確定額定轉(zhuǎn)矩MN。

        MN——電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(N·m);

        PN——電機(jī)額定功率(kW);

        nN——電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(r/min)。

        (4)以最大爬坡度確定短時(shí)工作線低速轉(zhuǎn)矩MNmax。

        按式(4)先計(jì)算出汽車在最大坡度下需要的汽車驅(qū)動(dòng)力Ft;再按式(5)計(jì)算出產(chǎn)生此驅(qū)動(dòng)力所需要的電機(jī)轉(zhuǎn)矩MNmax。

        Ft——汽車驅(qū)動(dòng)力(N);

        Fr——汽車行駛阻力(N);

        u——上坡時(shí)汽車速度(km/h)。

        MNmax——電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩(N·m);

        r——車輪滾動(dòng)半徑(m);

        ig——變速器傳動(dòng)比;

        i0——主減速器傳動(dòng)比;

        ηT——傳動(dòng)系效率,0.90~0.92。

        1.2 選擇交流變頻電動(dòng)機(jī)的基本原則

        (1)電機(jī)的額定功率,應(yīng)滿足電動(dòng)汽車最高車速要求;

        (2)電機(jī)的短時(shí)工作轉(zhuǎn)矩,應(yīng)能滿足汽車最大爬坡度要求;

        (3)電動(dòng)汽車的常規(guī)車速,應(yīng)落在變頻電機(jī)的基頻上;

        (4)電動(dòng)汽車的最高車速功率平衡點(diǎn),應(yīng)落在電動(dòng)機(jī)特性曲線的等功率段上。

        2 變速器傳動(dòng)比和檔位確定原則

        采用交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要考慮兩個(gè)主要的動(dòng)力、阻力平衡點(diǎn):點(diǎn):其一是常規(guī)車速行駛的轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn);其二是最高車速下的轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)。

        圖1 單一傳動(dòng)比的功率平衡

        圖2 兩級(jí)傳動(dòng)比的功率平衡圖

        圖3 產(chǎn)生缺口的功率平衡圖

        3 I dealⅡ純電動(dòng)汽車傳動(dòng)設(shè)計(jì)

        3.1 性能參數(shù)(見表1)

        表1 I dealⅡ純電動(dòng)汽車性能參數(shù)要求

        3.2 各工況阻力,電機(jī)轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩計(jì)算結(jié)果

        (1)各工況阻力Fr(見表2)。

        表2 各工況阻力Fr

        (2)電機(jī)的參數(shù)要求(見表3、表4,初選變速器傳動(dòng)比ig2=1.447,主減速器傳動(dòng)比i0=4.3)。

        表3 各工況對(duì)電機(jī)參數(shù)的要求

        表4 所選電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)

        由表3可見,爬坡時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩不足,因此增加變速器一個(gè)檔位,爬坡時(shí)采用ig1=2.2,主減速器傳動(dòng)比不變i0=4.3,對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩如表5。

        根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,選擇的電動(dòng)主要參數(shù)如表4,特性曲線如圖4。檔位及傳動(dòng)比的選擇和電動(dòng)機(jī)的參數(shù)匹配相輔相成,初選方案前面已述,即變速器采用兩個(gè)檔位,一檔傳動(dòng)比ig1=2.2,二檔傳動(dòng)比ig2=1.477,主減速器傳動(dòng)比i0=4.3,計(jì)算表明可以達(dá)到汽車最高車速和最大爬坡度要求。

        表5 爬坡時(shí)采用ig1=2.2,i0=4.3時(shí)電機(jī)參數(shù)要求

        圖4 電動(dòng)機(jī)特性

        3.3 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)

        本變速器采用兩檔變速,因?yàn)榈箼n可用電機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn),故變速器無需再設(shè)置倒檔,驅(qū)動(dòng)方式為前輪驅(qū)動(dòng),在設(shè)計(jì)主減速器時(shí)要注意傳動(dòng)比i0不可太大,否則主減速器被動(dòng)齒輪直徑過大,既影響變速器尺寸,也使汽車離地間隙變小,傳動(dòng)方案如圖5。

        圖5 變速器傳動(dòng)方案

        4 結(jié)束語

        本文采用兩檔變速器與電動(dòng)機(jī)匹配,傳動(dòng)比大小只是一個(gè)方案,不一定最佳,利用matlab軟件建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),可進(jìn)一步優(yōu)化傳動(dòng)比參數(shù),得到更好的動(dòng)力性能。

        [1]陳清泉,孫逢春,祝嘉光.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2002.

        [2]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

        [3]姬芬竹,高 峰,周 榮.純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系參數(shù)匹配的研究[J].汽車科技,2005,(6):22-24.

        [4]李 征,周 榮.電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)選配方法[J].汽車技術(shù),2007,(2):16-18.

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