电驱动抢险车后驱动动力系统设计.pdf
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1、第43卷第5期 辽宁工业大学学报(自然科学版)Vol.43,No.5 2023 年 10 月 Journal of Liaoning University of Technology(Natural Science Edition)Oct.2023 收稿日期:2022-10-13 作者简介:封金龙(1997-),男,山东泰安人,硕士生。曾 红(1964-),女,辽宁锦州人,教授,硕士。DOI:10.15916/j.issn1674-3261.2023.05.006 电驱动抢险车后驱动动力系统设计 封金龙1,曾 红1,初晓孟1,姜 燕2(1.辽宁工业大学 机械工程与自动化学院,辽宁 锦州 121
2、001;2.天津三环乐喜新材料有限公司,天津 300457)摘 要:针对抢险车动力驱动系统所需要的高机动性、高输出特性等问题,设计了一款新型电驱动抢险车后驱动系统。首先,根据整车具体参数对减速器进行了设计和选择;其次,对所设计新型电驱动动力系统进行理论计算,并对各关键部件使用三维软件进行仿真分析,验证其理论可靠性;最后,将所设计部件进行加工组装试验,证实了设计的可靠性。实验结果表明:通过使用所设计动力总成系统,在保证传动的可靠性前提下,提升了轮边输出扭矩,减小了原驱动桥中主减速器的尺寸,保证了足够的离地间隙,提升了抢险车的救援通过性,完全满足此车型的设计要求,为抢险救援提供了极大的保障。关键词
3、:动力总成;抢险车;高扭矩;高传动比;减速器 中图分类号:TH132.46 文献标识码:A 文章编号:1674-3261(2023)05-0309-06 Design of Rear Drive Power System for Electric Emergency Vehicle FENG Jin-long1,ZENG Hong1,CHU Xiao-meng1,JIANG Yan2(1.College of Mechanical Engineering and Automation,Liaoning University of Technology,Jinzhou 121001,China;
4、2.Tianjin Sanhuan Lexi New Material Co.,LTD.,Tianjin 300457,China)Abstract:In view of the problems of high mobility and high output characteristics required by the power drive system of emergency vehicle,a new rear drive system of electric emergency vehicle was designed.Firstly,the reducer is design
5、ed and selected according to the specific parameters of the vehicle;Secondly,the theoretical calculation of the new electric drive system is carried out,and then the key components are simulated by 3D software to verify the theoretical reliability.Finally,the reliability of the design is verified by
6、 the test of the assembly of the designed parts.The experimental results show that by using the designed power system,under the premise of ensuring the reliability of the transmission,the output torque of the wheel edge is increased,the size of the main reducer in the original drive axle is reduced,
7、enough ground clearance is guaranteed,and the rescue possibility of the rescue vehicle is improved.It fully meets the design requirements of this model and provides a great guarantee for emergency rescue.Key words:power assembly;emergency vehicle;high torque;high transmission ratio;reducer 车辆的动力总成作为
8、整车的动力输出单元,对于车辆的重要性显而易见。目前,市场中纯电动力总成方案大致分为 3 类,第一类:轮毂电机方案,此方案结构布局省略了传统车辆主要传动轴、差速器、分动器等部件,不仅简化了车桥整体结构,而且减轻了车辆整体质量,但是由于国内电子差速控制还处于起步阶段,所以车辆速度不可以过高;第二类:永磁同步电机与自动化集成一体化技术方案,此方案可以自动调节速比使电机始终高效工作,进而增加车辆的行驶里程;第三类:电机直驱310 辽宁工业大学学报(自然科学版)第 43 卷 方案,此方案结构简单,但是主要适用于一些低功率小型车。针对抢险车动力总成需求而言,不仅需要大扭矩,高功率,高通过性来面对各种复杂路
9、况,而且更需要一定续航能力保证救援行动的顺利开展。所以,市场上常见的这 3 种方案对于抢险车的动力总成方案并不适用。通过对于抢险车的整体需求,现构思一种新型动力传动系统,此方案结合了市场上常见的 3 类方案的优点,满足抢险车所需的大扭矩,高功率,同时也提高了底盘空间的利用率。在电动汽车领域,许多研究学者都对其展开过深入的研究。王道勇等1提出减小汽车发动机启停振动的 3 种策略,通过试验对比分析在发动机启动及怠速时,不加半主动阻尼拉杆和加半主动阻尼拉杆时座椅导轨的纵向加速度值,验证了发动机启停时半主动阻尼拉杆设计方法的有效性。詹如月等2与黄水渠3分别对谐波减速器以及控制器布置方案进行了理论建模及
10、仿真研究。张辉等4针对 NN 型渐开线少齿差速行星减速器的承载能力问题,在减速器载荷实验台上进行了样机承载能力的实验研究。减少了齿面载荷分配不均现象,使用寿命得以增加。黄万友等5为提高纯电动汽车动力驱动系统效率,使用三维软件对各驱动控制模块进行仿真和试车测试,结果表明,开发的控制策略是有效的,能提高动力驱动系统效率,延长车辆续驶里程。马登秋等6对圆弧齿线圆柱齿轮减速器进行了结构设计,研究表明圆弧齿线圆柱齿轮的传动性能比传统齿轮更加适用于减速器的使用。学者们虽在动力驱动系统领域展开了大量的研究工作,但在以电驱动抢险车为大背景下的车辆总成驱动系统少之又少。为此,在对抢险车所需主要性能进行了解后,设
11、计一种新型电驱动动力系统。首先根据车辆整备质量对电机以及单机控制器进行了选择;其次对主减速器、轮毂减速器进行传动比计算、公式校核、建模,使用三维软件对主要零部件进行仿真分析;最后将驱动系统进行装机测试,验证了设计可靠性。1 系统构成 电驱动动力总成系统包括驱动电机、主减速器、轮毂减速器以及各部分传动轴5。相比于仅使用主减速器的传动系统,该系统在轮毂处加入轮毂减速器,这样不仅使输出扭矩进一步增大,也使得抢险车在面对复杂路况问题时能更加稳定的工作。针对抢险车需要面对各种复杂困难的路况,所需驱动电机的扭矩以及转速需求也是不同,因此需要对动力系统各部件参数进行重新匹配与选型。电驱动抢险车的新型动力传动
12、系统简图,如图 1 所示。(a)系统组成 (b)抢险车后驱动总成模型 图 1 电驱动动力总成系统 电驱动抢险车整车基本参数如表 1 所示。表 1 整车基本参数 参数 数值 空载质量/t 2.6 满载质量/t 3.5 主减速器减速比 88.9 轮边减速器减速比 3.53.8 车辆主要动力指标以及重要参数如表 2 所示。表 2 整车动力性能设计参数 性能指标 参考值 备注 最高车速 60 满载 常用车速 30 满载 爬坡度 30 满载 14 满载 060 km/h 加速时间/s 11 半载 9 空载 2 系统参数匹配 2.1 驱动电机参数匹配与选配 在对传动系统进行参数设计中,在满载条件下,通过车
13、辆主要动力性能参数以及整车的具体参数选定驱动电机的功率以确定驱动电机峰值转速、峰值扭矩、额定转速、额定扭矩数值。驱动电机峰值功率主要用来满足抢险车在复杂困难工况下依旧可以开展救援活动。车辆在以最高车速行驶时所需要的驱动电机功率如式(1)所示。第 5 期 封金龙等:电驱动抢险车后驱动动力系统设计 311 2maxmaxmax1T()360021.15DvC AvPmgf=+(1)通过角度坡陡的路面时,所需要的驱动电机功率如式(2)所示。2max2T(cossin)360021.15iDvC AvPmgfmg=+(2)抢险车以 060km/h 加速过程中,所需驱动电机功率如式(3)所示。223ma
14、x3T121()1000235bffaDfamPvvmgfvC v At=+(3)式(1)(3)中:v 为行驶速度,km/h;f 为滚动阻力系数;CD为空气阻力系数;A 为迎风面积,m2;为道路坡度;为车质量旋转质量换算系数;vb为驱动电机基速;nb为电驱动抢险车对应的时速,m/s;vf为加速末端车速,m/s;a为空气密度。为了缩短加速时间,在进行 0-50 km/h 加速实验时,以峰值数据作为设计要求,在满足动力性能要求下,通过带入数据求得公式(4)中 vcon代表电机在额定功率下最低值和最高值运转速度。maxmax81.56kWPPx=驱动电机额定功率范围如式(4)所示。2concon1T
15、(g)360021.15DevC AvPm f=+(4)在平坦路面上,以最高车速 90进行匀速行驶,所需驱动电机功率如式(5)所示。2maxmax2T0.9(0.9)(g)360021.15DevCvPm f=+(5)通过计算,得电驱动抢险车驱动电机功率取值范围如下。max81.56 kWP(38.3560.86)kWeP 轻型抢险车的初设最高车速为速为 85 km/h,选用永磁同步电机作为驱动电机,初步选取驱动电机的额定转速为 3 183 r/min,则驱动电机最大转矩输出如式(6)所示。maxmax9549255N mPTn=(6)选择某款永磁同步电机作为整车的动力源,其最大功率为 85
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