近年来,人类生产活动的日常频繁,使我国环境污染不断加剧,自然资源也变得日益匮乏,探索和开发新型的清洁能源已经成为推动我国社会可持续发展的重要举措。长期以来,汽车行业的高速发展给自然生态环境造成了巨大的破坏,同时也消耗了大量的石油资源,这不利于汽车行业的可持续发展。为此,这也使我国越来越重视纯电动汽车的研究,在纯电动汽车设计中,其动力驱动系统直接决定着其整车性能,因此在对动力驱动系统进行设计时,必须要确保其电机控制器、动力电池组与电机进行优化匹配。为此,本文以纯电动汽车为对象,将调速电机与行星减速传动机构进行有机结合,以此设计出一种新型的动力传动装置,这样既可进一步扩大纯电动汽车的变速范围,而且也能在一定程度上降低车辆的质量,使汽车的动力性得到进一步提高。
在本文所提出的新型动力传动装置中,其主要包括中心轮、太阳轮、行星轮、齿轮副与行星架,其中中心轮和主电机进行连接,而太阳轮则是利用齿轮副与调速电机进行连接,行星架的输出端则和传动轴进行直接连接。这样当行星架与太阳轮进行制动时,其工作状态根据传动比的大小情况,可将其划分为三个挡位。具体的工作状态主要包括常态减速传动工况、主电机和调速电机处于同时运行时的工况、动力中断工况以及制动能量反馈工况。其中常态减速传动工况,即II档,在该工况中,调速电机处于停止状态,而主电机则处于运行状态,此时太阳轮是被锁死的,这样可使动力传动装置在常态工况下也能保持较高的传动效率。而主电机和调速电机同时运行时,即反向III档或同向I档,此时主电机和调速电机的转动方向相同或相反,从而使纯电动汽车在加速过程中以及利用低挡进行爬坡时,能够为其提供额外的动力。在动力中断工况中,调速电机是由主电机进行带动运行的,而此时行星架则处于锁住状态,这样该传动装置便相当于定轴轮系,从而可不需要安装离合器与离合踏板,进而使传动结构得到简化的同时,也在一定程度上降低了车辆的整体质量。在制动能量回馈工况中,发动机会将汽车制动状态下所产生的动能进行电能转化,然后在储能器中以化学能进行存储。这些能量会在汽车启动与加速时被重新转化为动能进行利用。
纯电动汽车的运行模式主要有三种,分别是爬坡模式、匀速模式以及加速模式,根据这三种运动模式,在对电机参数进行设计时,需要对其功率需求进行考虑,也就是确定电机是处于短时工作区,还是处于稳定持续工作区。通常而言,纯电动汽车的车速最大值处于持续工作区,也就是该车速最大值为电机额定功率,因此相比于纯电动汽车在按照车速最大值进行行驶时所受到的阻力功率之和,其所采用的调速电机在额定功率上与主电机的和不得超过前者。可利用数学公式将其表示为
在该公式中,主电机与调速电机的额定功率分别由S主与S调来表示,而纯电动汽车的整车质量、速度最大值、滚动阻力系数、空气阻力系统、传动装置工作效率以及迎风面积则分别由m、vmax、f、CD、ηT、A来表示。短时工作区则与汽车在全力加速过程中的挡土墙训练场时间以及最大爬坡度相对应,该短时工作区也是电机的峰值功率,因此在对主电机与调速电机进行设计时,其最大功率之和至少要与纯电动汽车在全力加速与最大爬坡度时所产生的阻力功率相等。可利用公式表示,即
在该公式中,αmax表示最大爬坡度,而tmin表示纯电动汽车的全力加速时间,电动汽车在进行全力加速以及最大爬坡度过程中的所需功率则分别由Stmin与Sαmax来表示,主电机所具有的峰值功率以及调速电机的额定功率则分别由S主max与S调max来表示。在确定纯电动汽车中电机的最大转矩时,需要确保其能够达到车辆在动力性方面所提出的要求,充分考虑传动装置的最大传动比,同时还要将低速时的最大爬坡度作为依据。
对于电动汽车来说,其所采用的电动机具有较大的起动转矩,这样可使纯电动汽车在低速状态下保证转矩稳定,当其处于高速运动状态时能够保证功率稳定,从而使无级调速更易实现。在确定纯电动汽车的传动比时,需要确保其能够与最大爬坡度以及最高车速要求相符。同时还要确保行星轮系在双电机的配合下具有较大的调速范围,当太阳轮处于锁定状态时,纯电动汽车中的行星轮系便相当于主减速器,这样可省去主减速器的配置。当纯电动汽车在行驶过程中达到最高车速时,并且其具有最小的传动比,或是汽车在最大爬坡度中的传动比达到最大时,则可根据其最高车速来得出其最小传动比,即
在该公式中,纯电动汽车的车轮在运行时其滚动半径以及行星架所具有的转速最大值分别由rR与Hmaxn来表示。在对最大传动比进行设计时,需要对纯电动汽车的最低稳定车速、最大爬坡度以及附着率进行考虑。
对纯电动汽车中的电池容量进行确定,可使纯电动汽车达到相应的动力性要求,依据纯电动汽车所具有的续驶里程及功率最大值,可对单体电池的数量进行确定。依据功率最大值,其单体电池数量的计算公式可表示为
在上述公式中,调速电机与主电机所具有的功率最大值的和可由emaxS来表示,而电动机以及电动机控制器的运行效率则分别由eη与ecη来进行表示,单体电池输出功率的最高值则由bmaxS进行表示。依据纯电动汽车的续驶里程,也可对单体电池数量进行确定,具体计算公式为
在该公式中,纯电动汽车中的单体电池所具有的电压以及额定容量分别由Ui与Ci来表示,而纯电动汽车的每公里能耗及续驶里程则分别由L与W来进行表示。
结合我国在电动汽车中所出台的相关标准,并依据上文中所提到的计算方法,并以市场实际需求为准,即可对电动汽车新型传动装置所具有的传动系参数进行确定。
结合纯电动汽车所具有的动力性要求,即可对其动力学模型进行构建,在构建动力学模型时,可通过Matlab/Simlink来实现模型构建。在仿真过程中,需要设立初始条件,具体包括,将电池的初始荷电状态设置成0.7,工况设置为UDDS,从其仿真结果可了解到,该电动汽车具有良好的经济性与动力性,能够满足相应的基本要求。
在对传动装置中的参数进行优化时,需要对各个挡的传动比以及主减速器的传动比进行优化,由此便可将模型中的设计变量进行确定,即
在以上公式中,不同档位中新型动力传动装置的传动比分别由ig1、ig2与ig3来进行表示。首先需要以经济性和动力性为设计优化目标,以此建立相应的目标函数,在确定其目标函数后,以其动力性与经济性作为指标,通过建立优化数学模型来实施双目标优化,然后便可对其优化结果进行分析。优化结果表明,相比于未优化前的动力传动装置,纯电动汽车的原地起步加速时间相比于以往缩短了6.67%,而续驶里程数的增加幅度则达到7.65%,虽然其最高车速与最大爬坡度稍有降低,但在整体性能上却得到了显著提高。
综上所述,本文针对纯电动汽车,利用双电机行星轮系,提出一种新型动力传动装置,并以纯电动汽车的动力性要求为依据,对该装置的各项参数实施了匹配计算,从而实现了对整车动力特性、电机输出以及动力电池容量的科学匹配,进一步优化了纯电动汽车的传动参数。
摘要：本文以纯电动汽车为适用对象，提出一种新型动力传动装置，该装置主要包括行星减速机与调速电机，并分析了该动力传动装置的参数设计及匹配计算，通过Matlab/Simulink来仿真纯电动汽车的动力性能，以此实现该新型动力传动装置的参数优化设计。
关键词：电动汽车,动力传动装置,匹配仿真
[1] 李云雷,张津源.纯电动汽车电机驱动系统传动机构仿真分析[J].机械工程师,2015(9):164-167.
[2] 李文文,孙后环,许晓文.城市用纯电动汽车动力传动系统参数匹配及优化[J].机械传动,2017,41(2):22-26.
[3] 龚贤武,唐自强,马建,吴德军.两挡纯电动汽车动力传动系统的参数匹配与优化[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2017,40(3):310-315.
[4] 林歆悠,张少博,冯其高.纯电动汽车参数匹配优化及性能影响因素分析[J].机械设计与制造,2017(4):126-130+135.
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