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純電動客車用電機(jī)集成車橋總成設(shè)計

2019-05-14 00:05:17·  來源:EDC電驅(qū)未來  作者:陸匡偉  
 
一、引言電動客車作為新能源汽車發(fā)展的主流已得到世界公認(rèn),隨著 不可再生能源消費的增加,汽車工業(yè)作為能源消費者的電氣化趨 勢越來越突出。目前儲能技術(shù)存在局
一、引言

電動客車作為新能源汽車發(fā)展的主流已得到世界公認(rèn),隨著 不可再生能源消費的增加,汽車工業(yè)作為能源消費者的電氣化趨 勢越來越突出。目前儲能技術(shù)存在局限性使得電動車的壽命駕駛 距離和充電方便性無法與傳統(tǒng)汽車相比較。因此,根據(jù)運行時間 和運營地點確定的純電動公交車正成為電動公交試點的前沿,近年來,全國各大城市公交車的電氣化速度正在逐漸加快,大量資本糾紛進(jìn)入純電動公交行業(yè),我們應(yīng)該重點應(yīng)用新技術(shù)從而提高產(chǎn)品市場競爭力。近年來,探索驅(qū)動電機(jī)與驅(qū)動車橋的綜合設(shè)計的過程提高了 電動車性能指標(biāo)的發(fā)展,成為電動車安全設(shè)計的前沿。

二、電動機(jī)綜合車橋總成概述 

傳統(tǒng)的總線動力總成線由發(fā)動機(jī) + 變速器 + 緩存 + 驅(qū)動軸 + 軸 + 橋構(gòu)成,當(dāng)前電動總線工業(yè)化正在快速實現(xiàn)當(dāng)中,各企業(yè)選 擇最簡單的方法,從傳統(tǒng)的電動總線總成轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)動機(jī) + 變速器 + 緩存驅(qū)動電機(jī)的結(jié)構(gòu),如圖 1 所示。一是電動傳動的優(yōu)點不足, 傳動效率低,系統(tǒng)的效率不超過 80 %,二是系統(tǒng)整合不高,不符 合汽車輕量化方向。三是制動能回收率低,受傳統(tǒng)橋式錐齒輪固 有特性的限制,制動能回收率小于 30 %。


本文提出的新一代純電動客車動力總成布局方案可以有效地避免這些缺點如圖 2 所示整個車輛電源將被驅(qū)動電機(jī)集成車輛橋梁配置,完全取代了車架中電動機(jī)的布局、懸架附件和驅(qū)動軸總成。整個總成的車輛布局和安裝簡單、懸架系統(tǒng)連接到車輛橋上,不單獨設(shè)計純電動客車的電池布局,從而讓占用的空間得到有效的減少。

在實際運用在工程中,要想確定動力總成扭矩軸是很困難的,整車與動力總成結(jié)構(gòu)布置會共同限制系統(tǒng)懸置的位置,同時橡膠墊本身的性能也會影響其壓縮剪切剛度比。以上的這些因素都會使扭矩軸上不能準(zhǔn)確地讓系統(tǒng)前后的懸置中心落腳。

三、電動機(jī)綜合車橋總成系統(tǒng)設(shè)計

以目前市場上主流的純電動客車 8.5 m 為例進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。驅(qū)動容量設(shè)計:現(xiàn)有解決方案選擇低速永磁同步水冷電動機(jī),最大功率為 300gb,轉(zhuǎn)矩為 2070 nm,轉(zhuǎn)速為 4000 rpm。軸向載荷為 8 t,軸向速度為 5.857,自重 550 kg。驅(qū)動軸重 40 公斤驅(qū)動輪胎的最大驅(qū)動力矩為 2070×5.857 = 12100 nm。通常 30HZ 以下是動力總成懸置系統(tǒng)的固有頻率,這要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于動力總成的最低的彈性模態(tài)頻率。

本文選用高速永磁同步水冷電機(jī)作為驅(qū)動電源,在等效電源條件下電機(jī)功率 205 kw,轉(zhuǎn)矩 500 nm,轉(zhuǎn)速高達(dá) 12000 rpm,重量 102 公斤;汽車橋速比設(shè)計為 24.8 公斤自行 58 公斤不需要驅(qū)動軸。驅(qū)動輪胎的最大驅(qū)動力矩為 500×24.8 = 12400 nm。制動能量回收能力設(shè)計 : 傳統(tǒng)的車橋由于發(fā)動機(jī)布置垂直于整個車輛行駛方向,所以錐齒輪參與了橋梁動力傳動并同時改變了傳動方向。

根據(jù)橋梁螺旋錐齒輪的設(shè)計規(guī)則,參與網(wǎng)格的齒輪齒形為凸面,一側(cè)為凹面。整車時凸面參與嚙合,反向凹面參與嚙合,制造能力限制不能保證凸面和凹面的制造精度相同。一般來說,在齒輪設(shè)計制造過程中,特別選擇嚙合凸面作為高精度齒面的電動汽車的一個重要特點是驅(qū)動電機(jī)在行駛過程中能夠向前驅(qū)動汽車,參與制動,使整輛汽車的慣性力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽诠?jié)能方面發(fā)揮重要作用。電動機(jī)制動過程中,齒輪的凹部參與嚙合受齒輪凹部精度的限制,如果反向生成能力回收設(shè)置超過 30 %,則齒面受傷,異常發(fā)生,嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致齒輪的損壞。本文為了解決困擾電動汽車行業(yè)的問題提出了一種創(chuàng)新的解決方案。如圖 3 所示,平行布置電動機(jī)和整個汽車行駛方向所以你不需要錐齒輪所有驅(qū)動齒輪都可以設(shè)計為圓柱齒輪、圓柱齒輪的設(shè)計和加工保證了更高的精度。

重量對比度

現(xiàn)有純電工程重量 : 300 + 550 + 40 = 89 公斤
電動機(jī)綜合車輛橋梁方案重量 : 102 + 580 = 68 公斤
新計劃重量輕 : 890-6842 = 208 公斤


四、電動機(jī)綜合汽車橋梁的應(yīng)用

整個機(jī)箱設(shè)計是自己的動力總成,因此設(shè)計為不使用預(yù)留電動機(jī)空間,可以減少乘用車后懸架,如圖 4 所示。采用該方法可增加前后門距離提高整個乘客的有效空間。


五、電機(jī)綜合車橋總成方案與傳統(tǒng)方案指標(biāo)的比較

通過上述方案可以看出電動機(jī)綜合汽車橋具有與傳統(tǒng)純電動

汽車橋系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩傳動能力相同的優(yōu)點

(1) 車橋系統(tǒng)自組裝電源總成,傳動效率高,車輛布局方便;

(2) 制動能量回收能力大大提高可達(dá) 100 %;

(3) 系統(tǒng)輕量級 :8.5m 總線可輕量使用 208 公斤;

(4) 改進(jìn)設(shè)計后,動車提高了其運行時的平穩(wěn)性,以及經(jīng)過試驗后可得出隔振效果明顯有所改善。

六、結(jié)語

通過本文探索了新型純電動客車動力總成布局提高純電動車輛的創(chuàng)新性能并給出了超短懸架總線的設(shè)計通過輕量化可以顯著提高現(xiàn)有客車的 EKG 指標(biāo)和連續(xù)運行距離,從而體現(xiàn)出高傳輸效率、高制動能量回收能力,從而揭示后續(xù)重型車輛的電氣化方向。并且在改善汽車平順性和舒適性這兩個方面起著很重要的作用,雖然很復(fù)雜,并且涉及了很多不用方向的因素,但在不久的將來依舊能夠處理這些問題。利用能量法解耦的設(shè)計方法可有效改善懸置系統(tǒng)的隔振效果,而且這個方法并不是具有專一性的,它并沒有什么專門的要求,所以它被廣泛使用。
 
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