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电动汽车两挡减速器工作原理解析

发布时间:2024-02-17 来源:火狐体育


  由于工作特性要求,车辆需求动力源在低速时输出大扭矩,高速时输出恒功率,传统内燃机输出特性无法与车辆直接匹配,需要匹配一个多挡变速器满足车辆需求。

  对于纯电动汽车而言,由于电机具有与传统内燃机不同的工作特性,在低速时能够输出大扭矩,高速时能够输出恒功率,因此电机特性能够基本与车辆需求吻合,无需增加多挡变速器,只需增加一个单级减速器或者两挡变速器即可。

  单级减速器方案传动效率高、资源丰富、开发难度小,基本能满足中小型纯电动整车要求,目前量产车型大多采用固定速比的减速器,但是单级减速器方案需求电机扭矩较大、转速较高,无法有效控制电机运作时的状态。

  两挡变速器方案可减小电机输出扭矩,降低电机体积和成本,优化电机运行状态,但两挡变速器增加了换挡机构,结构较复杂,效率稍低,需重新开发。

  多挡化:现有电机特性很难满足所有工况下的整车动力性、经济性需求,搭载多挡变速器可以轻松又有效调节电机的输出表现。

  高速化:通过提高电机的工作转速,采取了适当的变速系统及控制策略,可以使回馈制动的允许范围拓宽,从而适应更多工况,使整车节能更加有效,提高续驶里程。

  目前很多主机厂的驱动电机最高转速已达14000rpm以上,随着驱动电机高速化的发展,电动汽车变速器的高速化也将成为一种趋势。

  模块化:电机、变速器、控制器集成一体,使整车结构更紧凑、性能更优异,便于控制和减少相关成本。模块化机电耦合传动系统的集成设计和管理控制是电动汽车动力传动系统的发展方向。

  动力性问题:单一速比设计,低速起步加速性、高速巡航速度以及爬坡度等性能不能兼顾

  经济性问题:电机高效工作区间有限;电池的电量有限,高速行驶时车辆耗电量显著增大,单一速比导致制动能量回收效果一般

  舒适性问题:尤其是车速≥80km/h,动力加速表现薄弱,影响驾驶员主观感受

  安全性问题:高速超车时,不能有效提升驱动加速度,行驶安全欠佳;部分减速器缺少传统燃油车P挡驻车功能

  可靠性问题:电机高转速工作时,对电机热管理、NVH、密封性等有很大挑战;减速器高速运行时,对齿轮加工工艺、轴承寿命、摩擦磨损润滑等也提出很高要求

  利用速比调节,扩大电机高效区间,降低电机工作转速;优化换挡策略,增大低速挡速比,利于扩展制动能量回馈范围,增加电池续航里程

  全电控操作,一挡起步、高速自动换挡,驾驶平稳;高速工况下,巡航、超车、NVH性能有保证

  二挡高速行驶时,利用降挡加速超车,保证高速下的行驶安全;具有P挡驻车功能,保证静止状态下的车辆安全驻车

  因此,若要控制车辆的冲击度在一些范围内,在制定控制策略时就要考虑,在切断电机“供油”(摘挡前)和恢复电机“供油”(挂上目标挡后)时要平稳,同步时,控制同步器摩擦力矩变化平稳。理论上,要减小换挡冲击,就要将同步器主被动齿轮速度差控制在一些范围内。

  如果能达到速度差为零,是最为理想的情况,不需要同步器也能轻松实现无冲击换挡。但要实现零速度差,对电机要求很高,而且也会延长换挡时间,造成动力中断的时间过长。

  因此,正常的情况下,设计控制策略时,要求同步器主被动齿轮的转速差控制在一定的范围内,只要保证减少换挡冲击的要求就可以,这样做才能够缩短换挡时间,减小车辆动力中断的时间。

  两挡变速器方案经济性较好,主要是其变速器换挡能够调节电机工作点,使电机尽可能工作在高效率区间。

  除整车性能以外,在做方案选择时还需综合考虑系统成本、电机及变速器尺寸、变速器资源、变速器开发难度等因素。

  综上所述,两挡变速器方案能够降低对电机的需求,降低电机开发难度,改善整车经济性,但目前两挡变速器资源较少、不成熟、成本比较高,因此目前绝大部分EV车型均搭载单级减速器,但随技术的发展,如果两挡变速器效率能够进一步提升,批量生产以后成本逐步降低,将会迎来更大规模的应用。

  参考文献:刘建康、王燕,采用单级减速器和两挡变速器的纯电动轿车性能对比研究,一汽技术中心

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