新能源汽车高效率长寿命低噪音变速箱技术分析_王升平.pdf
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1、AUTO TIME 107 NEW ENERGY AUTOMOBILE|新能源汽车 时代汽车新能源汽车高效率长寿命低噪音变速箱技术分析1引言新能源电动汽车的电机由于具有低速,即使转速为零也可以产生很大转矩和转速非常广的0-7000rpm工作范围这两个典型特点,在没有搭载离合器与变速器的情形下,电动汽车仍然可以正常工作,来完成行驶的基本功能。但是,可以不用变速器,不等于一定不用变速器。给电动汽车匹配上合适的变速箱,可以如虎添翼。高速齿轮变速箱是新能源汽车电驱动系统的关键功能部件,其效率、寿命与噪声直接决定整车的性能与可靠性。然而,目前我国在高速齿轮箱载荷谱构建及集成设计方法、多物理量综合作用系统
2、效率与热平衡设计、复杂多场非线性耦合多体动力学行为分析、轮齿复杂曲面修形和表面质量精准调控等关键制造技术、驱动电机与传动总成高效率化匹配等技术领域未完全攻克,这成为新能源汽车电驱动系统集成的一大障碍。目前,一体化、高速化、大速比是电驱动系统发展的趋势。在高速齿轮箱技术上的落后成为制约新能源汽车电驱动系统产业升级的“卡脖子”问题。2新能源汽车搭载变速器的优缺点及变速器类型新能源汽车动力驱动系统中(如图 1)是否搭载变速器既有优势也有不足。当驱动系统中无变速器时,驱动电机由于特别广的工作转速范围,不可避免地会产生转速变化过程中强烈的电磁干扰和噪声问题,电池组也会因为过于频繁的功率变化使其内部各电池
3、单元电量出现不均匀,降低了电池组寿命。加装变速器后,电机转速可以控制在合理的区间内变化,避免频繁改变电机功率,实现电机与电池组使用寿命的提高;而离合器具有传输、断开转矩的功能,也有扭矩减震功能,如果无离合器,则电驱动传动系统需匹配额外的减震装置或减震算法;在行驶经济性方面,装上变速器后通过换挡,可使电机处于效率更高的区域。在行驶动力性方面,装载变速器,通过变速器的传动比将驱动电机的高转速转变为高转矩,使整车的加速性能提高,动力性更加强劲。在生产成本方面,装载变速器可以有效地减少电机指标与电池指标而达到相同的性能。新能源汽车变速器技术复杂、变速箱供应链及整车厂集成控制能力都比较弱,多数厂家生产不
4、出来,致使部分汽车厂家不用变速箱。随着造车新势力的崛起和技术进步,目前新能源汽车纯电动、混合动力型多采用单级变速器,如:特斯拉、北汽电动车、比亚迪 e5、帝豪 EV 等。优点是:成本低、结构简单易安装、故障率小、动力损失小、体积小。缺点是:当电动汽车的速度到达极限之后没有提升空间,所以的速度受到制约,高速经济性不高。在固定功率相同的条件下,采用异步电动机的电动车车速更快,但是和固定齿比变速箱匹配之后,速度却没有提升。即便是加速强悍的特斯拉,在中后段的加速表现同样不佳,这就是受固定齿比变速箱的影响。纯电动汽车搭载两速变速器,耗电量低,加速性能强,但开发难度也非常大。理想中的电动车多齿比王升平中山
5、职业技术学院机电工程学院广东省中山市528404摘 要:高速齿轮箱是新能源汽车电驱动系统的关键功能部件,其效率、寿命与噪声直接决定整车的性能与可靠性。文中陈述了新能源汽车变速器的优点及类型,对变速器关键技术进行了分析,对开展高速齿轮变速箱正向设计和关键零部件制造技术等,推进新能源汽车产业战略布局具有重要意义。关键词:新能源汽车变速器Technical Analysis of High-efficiency,Long-life and Low-noise Gearbox for New Energy VehiclesWang ShengpingAbstract:High-speed gearbo
6、x is the key functional component of the electric drive system of new energy vehicles,and its efficiency,life and noise directly determine the performance and reliability of the whole vehicle.This paper states the advantages and types of new energy vehicle transmissions,analyzes the key transmission
7、 technologies,and is of great significance for the forward design of high-speed gear gearboxes and the manufacturing technology of key parts,and promotes the strategic layout of the new energy vehicle industry.Key words:new energy vehicles,transmissions108 AUTO TIMENEW ENERGY AUTOMOBILE|新能源汽车变速箱须具备体
8、积小、质量轻、传动效率高的特点,未来或发展为多级变速器来适应能耗要求的提升,如两挡变速器、同轴变速器、集成电子断开差速器的变速器、集成发动机电机发电机的变速器等新型变速器,它们在轻量化、小型化、结构布局、系统效率、高功率密度等方面表现出优良性能。3新能源汽车变速器的关键技术分析3.1变速箱载荷谱构建技术汽车传动系统在实际运行中受到的载荷是变化的,表现为扭矩和速度是变化的,不同档位所使用的频繁程度即每档所用时间也不相同,三者之间对应关系,就是载荷谱。有了实际工况的载荷谱,即有了准确的设计输入条件,就可以得到传动系统各零件在载荷谱条件下的实际受力情况,从而可以得到准确的计算结果。研究典型路面的不平
9、度检测技术与路面信号的时频转换方法,获取典型路面不平度和土壤特征参数,形成路面谱重构方法;研究典型路面中载荷数据获取和处理方法,分析不同工况下的统计特性;研究多路面多工况下载荷谱和设计谱间的高匹配度复现方法,形成多变工况下新能源汽车齿轮型载荷谱构建技术,见图 2。3.1.1载荷谱架构与采集测试方法针对新能源汽车驱动系统全生命周期真实载荷获取困难这一问题,基于多点多参数同步测量方法,搭建新能源汽车齿轮箱载荷谱有线测试及近程遥感信号测试系统,进行复杂动态工况下转速、转矩、温度、振动等信号的同步获取,结合多准则决策技术,研究确定典型工况下载荷最小样本长度。基于降噪滤波、趋势项及奇异点消除、超阈法等信
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