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電動汽車架構(gòu)新趨勢:多電機多檔位自動變速系統(tǒng)實施

時間:2017-12-07 10:28:18來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導(dǎo)語:?多電機多檔位自動變速系統(tǒng)的實施,具有構(gòu)造簡單體積小、承載能力強、輸出扭矩大、效率高等優(yōu)勢,將給電動汽車架構(gòu)帶來顛覆性的革命。

在電動汽車的機遇面前,有一種新趨勢是,挑戰(zhàn)現(xiàn)有電動車架構(gòu),形成多電機多檔位自動變速系統(tǒng)。在整車構(gòu)造中,電機和減速設(shè)備的基本架構(gòu)著有根基的地位,電動車多電機多檔位自動變速系統(tǒng)改變了電機及減速箱的構(gòu)造,勢必要改造三大控制系統(tǒng)。

首先要明白電動車多電機多檔位自動變速系統(tǒng)的原理和構(gòu)成。有一種模式可以是:在太陽輪連接一臺A電機,將外圈齒輪活動起來連接另一臺B電機,①當只有A電機轉(zhuǎn)動,B電機剎車不動、內(nèi)外齒輪圈保持不動,在太陽輪驅(qū)動下,衛(wèi)星輪在內(nèi)外齒輪圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)將動力傳輸至輸出軸。②另若B電機轉(zhuǎn)動,A電機剎車不動,B電機軸齒輪帶動內(nèi)外齒輪圈旋轉(zhuǎn),帶動衛(wèi)星輪圍繞著停轉(zhuǎn)的太陽輪外旋轉(zhuǎn),將動力傳輸至輸出軸。③AB電機同時轉(zhuǎn)動太陽輪和內(nèi)外齒輪圈的旋轉(zhuǎn)帶動衛(wèi)星輪旋轉(zhuǎn),將動力傳輸至輸出軸。在這三種狀態(tài)下,毎種狀態(tài)有固定的傳動比,故選擇電機的過程就是換檔位。既然三種狀態(tài)下都能運轉(zhuǎn),它們相互轉(zhuǎn)換過程互不受牽制,而且轉(zhuǎn)換過程由電器控制器控制,因而不需要離合器就能順利地換檔,這構(gòu)造簡單體積小、重量輕,承載能力強,使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn),噪聲低、輸出扭矩大,效率高、性能安全而且技術(shù)含量并不高。但作用與效果非常理想,它的出現(xiàn),會給電動車的架構(gòu)帶來顛覆性的革命。

按圖具體分析該機構(gòu)可行性,從圖中得;A電機的太陽輪齒數(shù)18齒,設(shè)在B電機軸上的齒輪齒數(shù)35齒,內(nèi)外齒輪圈的內(nèi)齒齒數(shù)48齒,內(nèi)外齒輪圈的外齒齒數(shù)設(shè)定是60齒。即A電機與輸出軸傳動比為3.67,B電機與輸出軸傳動比為2.35。若A電機在3000轉(zhuǎn)/分時,輸出軸817轉(zhuǎn)/分,B電機在3000轉(zhuǎn)/分,輸出軸1276轉(zhuǎn)/分。如果在裝配單一電機時要3000轉(zhuǎn)/分驅(qū)動輸出軸2093轉(zhuǎn)/分時則傳動比為1.43。從數(shù)值上分明清晰,若單電機在100KW,那雙電機結(jié)構(gòu)時A電機50KW的輸出扭力是單電機在100KW的1.28倍,同理單電機在100KW轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分時輸出軸2093轉(zhuǎn)/分,而50KW的B電機在4920轉(zhuǎn)時輸出軸2093轉(zhuǎn),功耗卻相差1.22倍。從數(shù)值上講,雙電機構(gòu)造有可能節(jié)電1.2倍。

特斯拉第二代Roadster在0-60mph的加速可能達到2秒,按雙電機結(jié)構(gòu)配置完全有可能,若在0-100mph的加速可能達到3秒內(nèi),雙電機的功率有所調(diào)整,A電機的功率占45/100,B電機的功率占55/100,0-100mph的加速3秒內(nèi)定可實現(xiàn)。

若加速維持原單電機在100KW時的加速性能,則A電機的功率調(diào)整為40KW,B電機60KW時,功耗卻相差1.46倍。

對于一款車而言,動力部分最大的訴求是易用、好開,而且能耗盡可能低,至于百公里加速成績、最高車速等都沒有太多意義。匹配的價值就凸顯現(xiàn)出來而這就是最大的亮點所在。

SUV、跑車、MPV、物流車采用大功率,而小型車則可用A電機12KW、B電機18KW適合。若設(shè)定高速120KM/H,A電機高速時為47KM/H,B電機高速時為73KM/H,AB電機在同時運轉(zhuǎn)高速時疊加速度就可達到120KM/H。

在延續(xù)里程方面,在相同電池容量下,功耗越少續(xù)航里程越多,B電機題內(nèi)額定轉(zhuǎn)速下可得輸出軸1276轉(zhuǎn)/分,AB電機同時轉(zhuǎn)動時題內(nèi)額定轉(zhuǎn)速下可得輸出軸2093轉(zhuǎn)/分。即單一電機時要3000轉(zhuǎn)/分驅(qū)動輸出軸2093轉(zhuǎn)/分時B電機只要4920轉(zhuǎn),而B電機的功耗只是單電機時的0.8倍,按最大行程300KM計算,可增加行程75KM,但不同的齒數(shù)配比和車輛的載重結(jié)果不相同。A電機的功率調(diào)整為40KW,總功率為90KW,而B電機的功耗只是單電機時的0.72倍,按最大行程300KM計算,可增加行程116KM,但續(xù)航里程也解決了很多。即是在電機總功率一定時,采用雙電機無論在加速或續(xù)航都有很大的提升。理想是美好的,實際操作又會如何呢?首先我們要知道,在行星輪系中若太陽輪、衛(wèi)星輪、外齒圈輪都不固定時,它們之間就會成為耦合的傳動,即A電機有一定的轉(zhuǎn)速時,B電機隨時可以加入和退出運轉(zhuǎn),而A電機與B電機的輸出轉(zhuǎn)數(shù)是疊加的,扭力在同最高轉(zhuǎn)速是兩者的平均值。(實驗的結(jié)論)

從以上例子看到多電動車多電機多檔位自動變速系統(tǒng)的作用,如果用兩級行星輪系再加上一個電機又如何?現(xiàn)釆用3、3.5、3.5模式配置,A電機30KW、B電機35KW、C電機35KW,第一級行星輪按以上行星輪齒數(shù)配置,第二級的太陽輪齒數(shù)為30齒,內(nèi)外齒輪圈的內(nèi)齒齒數(shù)48齒,內(nèi)外齒輪圈的外齒齒數(shù)設(shè)定是60齒,C電機齒輪齒數(shù)為20齒,得A電機與輸出軸傳動比為9.54,B電機與輸出軸傳動比為6.1,C電機與輸出軸傳動比為4.87,A電機在3000轉(zhuǎn)/分時,輸出軸314轉(zhuǎn)/分,B電機在3000轉(zhuǎn)/分,輸出軸491轉(zhuǎn)/分,C電機在3000轉(zhuǎn)/分,輸出軸616轉(zhuǎn)/分。如果在裝配單一電機時要3000轉(zhuǎn)/分驅(qū)動輸出軸1421轉(zhuǎn)/分時則傳動比為2.11。數(shù)值上,A電機33KW的輸出扭力是單電機在100KW的1.35倍,即A電機30KW的輸出的起步強于單電機在100KW的的起步。而節(jié)能方面,C電機3000轉(zhuǎn)/分額定轉(zhuǎn)速下可得輸出軸616轉(zhuǎn)/分,單電機在100KW時3000轉(zhuǎn)/分額定轉(zhuǎn)速下可得輸出軸1421轉(zhuǎn)/分。即C電機要完成輸出軸1421轉(zhuǎn)/分只要6920轉(zhuǎn),即C電機35KW的功耗只是單電機100KW時的0.8倍,按最大行程300KM計算,可增加行程75KM。如全部電機都采用30KW,即C電機30KW的功耗只是單電機100KW時的0.69倍,按最大行程300KM計算,可增加行程134KM。若設(shè)定高速160KM/H,A電機高速時為35KM/H,B電機高速時為55KM/H,C電機高速時為70KM/H,ABC三電機在同時運轉(zhuǎn)高速時疊加速度就可達到160KM/H。在實際操作中車輛重載用A電機起步,至車速達到上限或扭力充裕時B電機參與運轉(zhuǎn),而A電機逐步減速至退出運作,再度不段加速C電機繼續(xù)參與提速,界時若C電機夠動力可單機行駛70KM/H內(nèi)。當車輛在空載時B電機作起步完全可以,或超車時加入C電機提速。不競車輛行駛速度不斷變化,它們之間的相互配合、相互代替、相互疊加,A、B、C、AB、BC、ABC電機的獨用或組合得到不同的作用和效果,這要求電機控制器與時俱進,亦要對電機控制器進一步改進,特別是智能控制,對各電機的單用或組合作用和轉(zhuǎn)換作用得到靈活的控制。

在電動車多電機多檔位自動變速系統(tǒng)中,變速機構(gòu)不會產(chǎn)生扭矩,但它可以傳遞扭矩或提高扭矩減少轉(zhuǎn)速、提高轉(zhuǎn)速減少扭矩,產(chǎn)生扭矩在于電動機,而同功率不同性質(zhì)的電動機扭矩也不同。感應(yīng)電機、無刷電機、開關(guān)磁阻電機的扭矩也不同。要具體的設(shè)計才能提及到扭矩。本文只闡明速比和功率的關(guān)系在電動車多電機多檔位自動變速系統(tǒng)中的應(yīng)用。

當然,這只是理論的計算結(jié)果,與風阻、車輛的整備質(zhì)量各種車型各種用途功率和行星齒輪齒數(shù)不同,效果不盡相同,有待實際車況而定。在車輛研發(fā)階段,以最低的成本、最有效的方式、最佳的配置設(shè)計思路及最有效的措施實施到多電動車多電機多檔位自動變速系統(tǒng)中去,最終形成一套可行性高的正向開發(fā)設(shè)計方案。

中國電動汽車實現(xiàn)“彎道超車”是時代的要求,電動車的應(yīng)用技術(shù),不能只跟著國外的技術(shù)走,要走自己創(chuàng)新路,突破電動車變速領(lǐng)域的瓶頸,要樹立自我創(chuàng)造性的里程碑。成為電動車行業(yè)的執(zhí)牛耳者,為中國的電動車彎道超車提供動力,走中國式純電動車發(fā)展道路,助中國的電動車事業(yè)騰飛。

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