某純電動汽車高速切換低檔風(fēng)險分析

舒暉　姚學(xué)松

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

關(guān)鍵詞：電動汽車;動力總成;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。純電動汽車具有低噪聲、無污染、能量來源多樣、能量效率高等優(yōu)點，發(fā)展純電動汽車是解決城市化進(jìn)程中環(huán)境污染和交通擁堵問題的重要途徑之一[l]。市場上大部分電動汽車都是電機(jī)匹配單減速器，整車行駛過程，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，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，有人針對純電動汽車動力總成設(shè)計問題[2-3]，對純電動汽車的動力總成選型、電機(jī)參數(shù)、變速器參數(shù)等方面進(jìn)行了研究，提高了動力性和經(jīng)濟(jì)性。蔣樹勛等針對電動汽車多檔變速箱換檔策略，提出一種以動力及傳動部件試驗數(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]等以某純電動汽車為例，探討了變速器傳動比與檔位的確定，實現(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，通過對同步器的滑磨功和換檔沖擊度進(jìn)行分析，縮短了換檔時間，提高了變速器的換檔品質(zhì)。

本文針對某款純電動汽車高速運(yùn)行時強(qiáng)行掛入低檔位的風(fēng)險進(jìn)行分析，對比了最高車速時掛入1檔時的電機(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檔時的電機(jī)轉(zhuǎn)速高于安全轉(zhuǎn)速;基于動力總成安全性，提出了一種1檔時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。

1 基本參數(shù)

本文是基于某款純電動汽車搭載的五檔變速箱匹配電機(jī)分析，其動力總成系統(tǒng)由電機(jī)控制器、驅(qū)動電機(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

輪胎滾動半徑為：（108×2+15×25.4）/2=298.5 mm

輪胎周長為：

2×3.14×298.5/1 000=1.87 m

2 失效工況分析

某純電動汽車最高車速為100 km/h，當(dāng)以最高車速運(yùn)行時，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算最高車速掛入該檔位時對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，對應(yīng)關(guān)系如表3所示。當(dāng)以100 km/h的車速掛入1檔時，對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過電機(jī)設(shè)計轉(zhuǎn)速的極限，此時電機(jī)反電動勢為：

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，產(chǎn)生的反電動勢會燒毀IGBT模塊。

綜上，車速過高強(qiáng)行掛入1檔存在燒毀電機(jī)控制器IGBT模塊的風(fēng)險，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，下面分別計算1檔時最高性能轉(zhuǎn)速和最高機(jī)械轉(zhuǎn)速對應(yīng)的車速。最高電機(jī)轉(zhuǎn)速對應(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×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×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，建議該純電動汽車將1檔最高車速限制在70 km/h，此時1檔對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為8 970 rpm，小于最高機(jī)械轉(zhuǎn)速;對應(yīng)的最大反電動勢520 V（IGBT模塊耐壓等級650V）。

4 結(jié)論

本文通過對某款純電動汽車搭載的五檔變速箱匹配電機(jī)分析，結(jié)果表明，該電動汽車最高車速時掛入1檔時的電機(jī)轉(zhuǎn)速為12 811 rpm，超過電機(jī)最高機(jī)械轉(zhuǎn)速，反電動勢達(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;通過對1檔車速進(jìn)行限制，可有效降低強(qiáng)行掛當(dāng)風(fēng)險，提高整車安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡建軍，杜瑞，吉毅.純電動汽車起步控制策略[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2013（08）.

[2]田晉躍，顧以慧，某純電動汽車電機(jī)一變速器總成研究[J].機(jī)電工程，2018（05）.

[3]于本德，張建武，李鴻魁，等，小型純電動汽車變速器傳動比設(shè)計[J].傳動技術(shù)，2015（01）.

[4]曾虎，黃菊花，純電動汽車的電機(jī)與變速器匹配[J].裝備制造技術(shù)，2010（02）.

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

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

作者簡介：

舒暉（1992-），男，助理工程師，主要研究方向為新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)。