某新型純電動汽車減速器的匹配計算

某新型純電動汽車減速器的匹配計算秦家順武磊文章來源：上海海馬汽車研發(fā)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,并確定適宜減速比,以滿足整車動力性能要求.CRUISE仿真結(jié)果說明,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，并確定適宜減速比，以滿足整車動力性能要求。CRUISE仿真結(jié)果說明，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、電池能量密度及控制系統(tǒng)等技術(shù)的開展，推動了純電動汽車的普及應用。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n≤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)β=nmax/nb=2，滿足一般設(shè)計值2～3的范圍。

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，選擇適宜的傳動比能夠使汽車到達最高設(shè)計車速，此時變速器的傳動比為最小傳動比?！?〕通過公式〔1〕計算在滿足最高車速150km/h時所需減速比。其中，ma——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.確定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；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：〔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，在滿足最高車速150km/h時，減速比最小為4.63；在滿足最大爬坡度30%時所需要最大減速比為8。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的爬坡度－車速曲線〔見圖2和圖3〕。由圖2可知，在最小減速比為4.63時，能夠到達最高車速的需求，但最大爬坡度較小；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8。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)域到達常規(guī)車速行駛平衡，電動機開始恒功率輸出，此時車速約50km/h；當車速提升到b點時，換入2擋繼續(xù)進行恒功率輸出，直到到達行駛阻力與驅(qū)動力平衡，即得到最高車速。本文設(shè)定在b點時到達換擋點，此時等功率區(qū)域能夠較好的銜接起來，并能夠最大程度地發(fā)揮其加速性能。動力性仿真驗證1.建立計算模型CRUISE軟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%的要求。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，在電動機到達最高轉(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)果說明：〔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