舒暉　姚學(xué)松

摘要：基于某款純電動(dòng)汽車高速運(yùn)行時(shí)，強(qiáng)行掛入低檔位時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析;文章分別分析了1檔最高車速時(shí)對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的整車車速。結(jié)果表明，1檔下需要對(duì)最高車速進(jìn)行限制，提高動(dòng)力總成工作安全性，預(yù)防驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)損壞，造成整車動(dòng)力丟失。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;動(dòng)力總成;變速箱;掛擋

0 引言

在全球環(huán)境污染和化石能源短缺加劇的背景下，以純電動(dòng)汽車為代表的新能源汽車的發(fā)展受到全世界廣泛關(guān)注。純電動(dòng)汽車具有低噪聲、無(wú)污染、能量來(lái)源多樣、能量效率高等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展純電動(dòng)汽車是解決城市化進(jìn)程中環(huán)境污染和交通擁堵問(wèn)題的重要途徑之一[l]。市場(chǎng)上大部分電動(dòng)汽車都是電機(jī)匹配單減速器，整車行駛過(guò)程，電機(jī)可能工作在低速高轉(zhuǎn)矩和高速低轉(zhuǎn)矩的低效區(qū);電機(jī)匹配變速箱時(shí)，低速高轉(zhuǎn)矩工況下用低檔位，高速低轉(zhuǎn)矩工況下用高檔位，讓電機(jī)盡可能工作在高效區(qū)，提高整車?yán)m(xù)航里程。

目前有很多研究人員研究了電機(jī)匹配多檔減速器，有人針對(duì)純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成設(shè)計(jì)問(wèn)題[2-3]，對(duì)純電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成選型、電機(jī)參數(shù)、變速器參數(shù)等方面進(jìn)行了研究，提高了動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。蔣樹勛等針對(duì)電動(dòng)汽車多檔變速箱換檔策略，提出一種以動(dòng)力及傳動(dòng)部件試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以最高能量效率為目標(biāo)的策略，同樣改善了整車經(jīng)濟(jì)性。曾虎[4]等以某純電動(dòng)汽車為例，探討了變速器傳動(dòng)比與檔位的確定，實(shí)現(xiàn)了汽車最高速度和最大爬坡度的要求。唐永琪[5]提出了換擋品質(zhì)的概念，通過(guò)對(duì)同步器的滑磨功和換檔沖擊度進(jìn)行分析，縮短了換檔時(shí)間，提高了變速器的換檔品質(zhì)。

本文針對(duì)某款純電動(dòng)汽車高速運(yùn)行時(shí)強(qiáng)行掛入低檔位的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，對(duì)比了最高車速時(shí)掛入1檔時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)安全運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速，結(jié)果表明，最高車速下掛入1檔時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速高于安全轉(zhuǎn)速;基于動(dòng)力總成安全性，提出了一種1檔時(shí)限制最高車速的策略，降低了電機(jī)控制器IGBT損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

1 基本參數(shù)

本文是基于某款純電動(dòng)汽車搭載的五檔變速箱匹配電機(jī)分析，其動(dòng)力總成系統(tǒng)由電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速箱、半軸和車輪等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。某純電動(dòng)汽車的性能參數(shù)如表1所示，變速箱由主減速器和差速器組成，減速比如表2所示。

基于表1中輪胎尺寸參數(shù)，輪胎寬度是180 mm，扁平率是60，輪圉直徑是15英寸（注：1英寸=2.54 cm），所以：

輪胎截面高度為：180×0.6=108 mm

輪胎滾動(dòng)半徑為：（108×2+15×25.4）/2=298.5 mm

輪胎周長(zhǎng)為：

2×3.14×298.5/1 000=1.87 m

2 失效工況分析

某純電動(dòng)汽車最高車速為100 km/h，當(dāng)以最高車速運(yùn)行時(shí)，其輪胎轉(zhuǎn)速n輪胎與最高車速V車速的關(guān)系如下：

n 輪胎=V車速/1. 87= 891 rpm

電機(jī)轉(zhuǎn)速n電機(jī)與輪胎轉(zhuǎn)速n輪胎的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

n 電機(jī) =n輪胎×Nrpm

根據(jù)表2中各檔位下總減速比分別計(jì)算最高車速掛入該檔位時(shí)對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。當(dāng)以100 km/h的車速掛入1檔時(shí)，對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過(guò)電機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的極限，此時(shí)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)為：

U=58×12 811/1 000=743 V

由此可見，U遠(yuǎn)大于IGBT模塊的耐壓等級(jí)，產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)會(huì)燒毀IGBT模塊。

綜上，車速過(guò)高強(qiáng)行掛入1檔存在燒毀電機(jī)控制器IGBT模塊的風(fēng)險(xiǎn)，其他檔位均在電機(jī)最高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。

3 保護(hù)策略

由表1知該電動(dòng)汽車存在最高性能轉(zhuǎn)速和最高機(jī)械轉(zhuǎn)速，下面分別計(jì)算1檔時(shí)最高性能轉(zhuǎn)速和最高機(jī)械轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的車速。最高電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的車速如表4所示。

電機(jī)最高性能轉(zhuǎn)速為8 200 rpm，掛入1檔能夠達(dá)到的最高車速：電機(jī)轉(zhuǎn)速/1檔速比×輪胎周長(zhǎng)×60 min/l000=64 km/h。

電機(jī)最高機(jī)械轉(zhuǎn)速為9 840 rpm，掛入1檔能夠達(dá)到的最高車速：電機(jī)轉(zhuǎn)速/1檔速比×輪胎周長(zhǎng)×60 min/l000=77 km/h。

綜上數(shù)據(jù)，確保不燒毀電機(jī)控制器IGBT模塊且留有一定安全余量，建議該純電動(dòng)汽車將1檔最高車速限制在70 km/h，此時(shí)1檔對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為8 970 rpm，小于最高機(jī)械轉(zhuǎn)速;對(duì)應(yīng)的最大反電動(dòng)勢(shì)520 V（IGBT模塊耐壓等級(jí)650V）。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)某款純電動(dòng)汽車搭載的五檔變速箱匹配電機(jī)分析，結(jié)果表明，該電動(dòng)汽車最高車速時(shí)掛入1檔時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為12 811 rpm，超過(guò)電機(jī)最高機(jī)械轉(zhuǎn)速，反電動(dòng)勢(shì)達(dá)到743 V，高于電機(jī)控制器IGBT模塊耐壓值，存在炸管風(fēng)險(xiǎn);通過(guò)對(duì)1檔車速進(jìn)行限制，可有效降低強(qiáng)行掛當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)，提高整車安全性。

參考文獻(xiàn)：

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[5]唐永琪，純電動(dòng)汽車兩檔自動(dòng)變速器換擋品質(zhì)研究[J]新能源汽車2013（01）.

[6]蔣樹勛，林中蔚.電動(dòng)汽車多檔AMT經(jīng)濟(jì)性換檔策略的研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（10）.

作者簡(jiǎn)介：

舒暉（1992-），男，助理工程師，主要研究方向?yàn)樾履茉雌囯婒?qū)動(dòng)系統(tǒng)。