新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化策略

宋文璽

摘 要：本次研究最主要目的為優(yōu)化新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)，從新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)基本組成與工作原理入手，詳細(xì)介紹了傳動(dòng)系統(tǒng)的主要類型，針對(duì)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)缺陷提出了主傳動(dòng)軸、從傳動(dòng)軸優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，起到適應(yīng)性調(diào)節(jié)主傳動(dòng)軸兩組從傳動(dòng)軸輸出轉(zhuǎn)矩的目的，進(jìn)而穩(wěn)定車輛行駛。結(jié)果表明優(yōu)化設(shè)計(jì)方案可有效優(yōu)化新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)果具有實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：新能源 傳動(dòng)系統(tǒng) 優(yōu)化策略

1 引言

隨著新能源汽車的不斷發(fā)展，各大汽車廠商推陳出新，為消費(fèi)者提供了更加舒適、經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品，但新能源汽車要想在市場(chǎng)中占據(jù)一席之地，需要不斷朝著經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性同時(shí)兼具的方向發(fā)展。因此，優(yōu)化新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)，提高車輛動(dòng)力表現(xiàn)勢(shì)在必行，不僅可實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，還可促進(jìn)車輛市場(chǎng)穩(wěn)定發(fā)展。傳動(dòng)技術(shù)設(shè)計(jì)與內(nèi)燃機(jī)汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本相同，但是機(jī)械特性完全不同，所以在優(yōu)化時(shí)需要結(jié)合新能源汽車的特點(diǎn)深入研究電機(jī)特性，優(yōu)化設(shè)計(jì)輸出矩陣，為新能源汽車提供具備調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)系統(tǒng)，達(dá)到適應(yīng)性調(diào)節(jié)主傳動(dòng)軸的從傳動(dòng)軸輸出轉(zhuǎn)矩目的，穩(wěn)定汽車行駛。

2 新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的主要類型

2.1 單電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)

市場(chǎng)上比較常見的純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)均為單電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，其主要配置類似于內(nèi)燃機(jī)汽車結(jié)構(gòu)，整個(gè)工作由控制器、變速器、電源及電動(dòng)機(jī)即可完成，相對(duì)穩(wěn)定，且方便操作。但是對(duì)功率具有較高的要求，在設(shè)計(jì)之時(shí)需要重點(diǎn)對(duì)電極質(zhì)量、尺寸進(jìn)行考慮。當(dāng)前，制造單電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)成熟，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新能源汽車技術(shù)可以更好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求，自身整體性能不斷提升，有效推動(dòng)社會(huì)發(fā)展。

2.2 主電機(jī)+輪轂電機(jī)傳動(dòng)

相比單電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，主電機(jī)+輪轂電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)具有更復(fù)雜的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，主要組成包括變速箱、主減速器、電機(jī)控制器和輪轂電機(jī)，詳見圖1。由這一類系統(tǒng)所控制的新能源汽車主要依靠主電機(jī)進(jìn)行行駛，差別于單電機(jī)，主電機(jī)可以無限為新能源汽車提供功率，在超負(fù)荷運(yùn)行之下，輪轂電機(jī)可有效保護(hù)主電機(jī)。此類汽車主要驅(qū)動(dòng)力為前軸，輪轂電機(jī)是輔助驅(qū)動(dòng)力，主要作用為保證功率穩(wěn)定性。該系統(tǒng)可以更好地應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境，散熱良好。

2.3 雙電機(jī)雙軸驅(qū)動(dòng)純電汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

此系統(tǒng)屬于新型驅(qū)動(dòng)之一，主要工作原理為采用電機(jī)結(jié)合方式組合前后橋，主要組成包括驅(qū)動(dòng)橋、減速器、主電機(jī)，詳見圖2。三部分軸之間緊密相連，有效保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)之中共有兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，增加車輛承載負(fù)荷，使工作效率得到有效提升。雙軸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)可使汽車性能得到全面提升，保證汽車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生再生制動(dòng)，有效縮短制動(dòng)距離，使其能量回收率得到有效提升。

3 新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

主傳動(dòng)軸端部設(shè)有轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)箱，呈矩形盒體結(jié)構(gòu)，是一個(gè)堅(jiān)固且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的箱子，用于容納和支撐內(nèi)部的傳動(dòng)組件，內(nèi)部設(shè)置第一腔室，為容納傳動(dòng)軸和相關(guān)組件，可有效保證工作穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。共有兩組從傳動(dòng)軸，左右對(duì)稱分布在主傳動(dòng)軸的兩端，與主傳動(dòng)軸平衡配置，有助于分散負(fù)載和提供穩(wěn)定的傳動(dòng)。兩組從傳動(dòng)軸端部和主傳動(dòng)軸端部都伸入第一腔室當(dāng)中，有效保證傳動(dòng)組件之間的緊密配合和傳動(dòng)效率；主傳動(dòng)軸伸入內(nèi)部的一端一體設(shè)置有圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊，這種結(jié)構(gòu)主要用于調(diào)整或控制傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，確保系統(tǒng)在不同工作條件下的穩(wěn)定性和效率。從傳動(dòng)軸端部一體設(shè)置有轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊之間相對(duì)應(yīng)的從動(dòng)齒輪，從傳動(dòng)軸上的從動(dòng)齒輪與主傳動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊相互配合工作，以確保傳動(dòng)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性；而轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊的表面固定設(shè)置有多組與從動(dòng)齒輪之間嚙合傳動(dòng)的主動(dòng)斜齒輪[1]。轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)箱的左右兩側(cè)均設(shè)置有供從傳動(dòng)軸活動(dòng)的活動(dòng)槽，允許從傳動(dòng)軸在需要時(shí)有一定的活動(dòng)空間，更好地適應(yīng)不同的工作條件。

3.2 工作原理

當(dāng)從傳動(dòng)軸相對(duì)主傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)，即從傳動(dòng)軸以不同的方向旋轉(zhuǎn)之時(shí)，其端部從動(dòng)齒輪會(huì)與轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊表面對(duì)應(yīng)的主動(dòng)斜齒輪進(jìn)行嚙合傳動(dòng)。因?yàn)樾饼X輪設(shè)計(jì)比較特殊，所以在嚙合之時(shí)可以在改變旋轉(zhuǎn)方向的同時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩。在此期間，從動(dòng)齒輪和主動(dòng)斜齒輪嚙合之時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不同的轉(zhuǎn)速比，這與斜齒輪的齒數(shù)和布局方式有關(guān)。所以，從傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變之時(shí)，不僅會(huì)改變旋轉(zhuǎn)方向，還會(huì)改變主傳動(dòng)軸和從傳動(dòng)軸之間的轉(zhuǎn)動(dòng)比。此種設(shè)計(jì)增加了傳動(dòng)系統(tǒng)的可調(diào)性和靈活性，在實(shí)際運(yùn)行中可以通過調(diào)整斜齒輪齒數(shù)或者改變轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊配置對(duì)傳動(dòng)比進(jìn)行優(yōu)化，滿足不同條件下對(duì)轉(zhuǎn)矩和速度的不同需求，進(jìn)而提升機(jī)械控制效率和車速。

4 細(xì)優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊優(yōu)化設(shè)計(jì)

汽車在轉(zhuǎn)動(dòng)方向的時(shí)候，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊的設(shè)計(jì)巧妙地實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩側(cè)從傳動(dòng)軸輸出轉(zhuǎn)矩的適應(yīng)性調(diào)節(jié)，進(jìn)而有效地完成了汽車轉(zhuǎn)向。當(dāng)車輛需要左轉(zhuǎn)的時(shí)候，兩組傳動(dòng)軸會(huì)同時(shí)向左轉(zhuǎn)動(dòng)，在這時(shí)，左側(cè)從傳動(dòng)軸端部的從動(dòng)齒輪會(huì)朝著轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊靠近主傳動(dòng)軸的一側(cè)傾斜。從動(dòng)齒輪和對(duì)應(yīng)的主動(dòng)斜齒輪嚙合傳動(dòng)，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊靠近主傳動(dòng)軸一端的主動(dòng)斜齒輪直徑比較小，但是主傳動(dòng)軸并未改變傳動(dòng)速度，所以當(dāng)主動(dòng)斜齒輪和從動(dòng)齒輪嚙合傳動(dòng)的時(shí)候，會(huì)降低從傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，而右側(cè)從傳動(dòng)軸端部從動(dòng)齒輪會(huì)朝著轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊遠(yuǎn)離主傳動(dòng)軸一側(cè)傾斜。

在這時(shí)，從動(dòng)齒輪和對(duì)應(yīng)的主動(dòng)斜齒輪嚙合傳動(dòng)，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊遠(yuǎn)離主傳動(dòng)軸一端的主動(dòng)斜齒輪直徑比較大，而主傳動(dòng)軸并未改變傳動(dòng)速度，所以主動(dòng)斜齒輪和從動(dòng)齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)會(huì)提升從傳動(dòng)軸的速度。此種設(shè)計(jì)原理主要以齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的特性作為基礎(chǔ)，即齒輪的直徑越大，其轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就越慢，而轉(zhuǎn)矩則越大；直徑越小，則轉(zhuǎn)動(dòng)的速度就越快，轉(zhuǎn)矩就越小[2]。通過此種方式，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊可以有效的對(duì)主傳動(dòng)軸兩組的從傳動(dòng)軸輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)。當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)的時(shí)候，降低左側(cè)從傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，提高右側(cè)從傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，此種操作與汽車左轉(zhuǎn)時(shí)左側(cè)車輪需要減速，而右側(cè)車輪需要加速的原理相吻合，可實(shí)現(xiàn)汽車順暢轉(zhuǎn)向，穩(wěn)定行駛，有效提高汽車的可操作性和穩(wěn)定性，還在一定程度上增加了駕駛的舒適性和安全性。

4.2 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)箱優(yōu)化設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)箱作為新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)重要組成之一，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)影響汽車的傳動(dòng)效率、耐久性以及平穩(wěn)性。在轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)箱內(nèi)部設(shè)置第二腔室，主要目的為存儲(chǔ)冷卻油液。第二腔室的位置設(shè)置在第一腔室上方，腔室之間需連接循環(huán)管道，在管道端部設(shè)置可連通第二腔室內(nèi)部的循環(huán)進(jìn)入孔，保證冷卻油液可以順利進(jìn)入第一腔室。在循環(huán)進(jìn)入管道遠(yuǎn)離循環(huán)進(jìn)入孔的一端外圈位置固定設(shè)置有隔離在第一腔室和第二腔室之間的過濾棉層，主要目的為有效攔截、過濾冷卻油液當(dāng)中的雜質(zhì)，防止雜質(zhì)進(jìn)入到第一腔室，起到保護(hù)傳動(dòng)系統(tǒng)的目的。在轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊內(nèi)部中間設(shè)置內(nèi)潤(rùn)滑通道，該通道直接參與到潤(rùn)滑過程中，保證轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊各個(gè)關(guān)鍵位置均可得到充分的潤(rùn)滑。在外圈設(shè)置多組與內(nèi)部潤(rùn)滑通道連通的潤(rùn)滑通孔，并將其在主動(dòng)斜齒輪表面貫穿設(shè)置，保證內(nèi)潤(rùn)滑通道中存在的冷卻油液通過通孔直接對(duì)主動(dòng)斜齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑，進(jìn)而保證汽車平穩(wěn)行駛。

當(dāng)主傳動(dòng)軸端部的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊進(jìn)入第一腔室并轉(zhuǎn)動(dòng)之時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種特殊效果，帶動(dòng)其中的冷卻油液產(chǎn)生渦旋現(xiàn)象，此種現(xiàn)象不僅可幫助混合油液，還可有效增加冷卻油液和傳動(dòng)軸及附近部件的接觸面積，進(jìn)而使其所起到的冷卻和潤(rùn)滑效果得到有效提升。渦旋現(xiàn)象會(huì)帶動(dòng)冷卻油液進(jìn)入循環(huán)管道，通過循環(huán)進(jìn)入孔進(jìn)入到第二腔室當(dāng)中，通過過濾棉層將雜質(zhì)過濾之后再重新回到第一腔室，這一步驟可有效保證冷卻油液清潔度，避免雜質(zhì)損害傳動(dòng)軸和齒輪。而進(jìn)行這一步驟的主要目的是自動(dòng)循環(huán)過濾冷卻液，有效增加油液利用率。冷卻油液并不局限于某一特定液體，實(shí)際上其可以是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油等比較常見的潤(rùn)滑油液，此種油液冷卻和潤(rùn)滑性能良好，可有效保證主傳動(dòng)軸和從傳動(dòng)軸在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)得到充分的潤(rùn)滑和降溫[3]。除此之外，為了更好的保障主動(dòng)斜齒輪和從動(dòng)齒輪的冷卻和潤(rùn)滑程度，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)冷卻油液還可通過潤(rùn)滑通孔進(jìn)入到內(nèi)潤(rùn)滑通道當(dāng)中，此種設(shè)計(jì)可保證冷卻油液直接達(dá)到齒輪之間的接觸位置，充分冷卻和潤(rùn)滑齒輪，使其使用壽命有效延長(zhǎng)。

除此之外，還可以在第二腔室當(dāng)中增加制冷單元，此種改進(jìn)的主要目的是更好的控制冷卻油液的溫度，保證其可在適宜溫度之內(nèi)進(jìn)行工作。進(jìn)行此種改進(jìn)主要是針對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的高負(fù)荷工作條件，因在此種條件下會(huì)產(chǎn)生大量熱量，若散熱不及時(shí)則會(huì)導(dǎo)致油溫上高，進(jìn)而導(dǎo)致冷卻油液的潤(rùn)滑效果受到影響，繼而影響主傳動(dòng)軸、從傳動(dòng)軸使用壽命?？刹捎弥评淦鲙?dòng)制冷單元，此裝置的制冷效果良好，可以在短時(shí)間內(nèi)將冷卻油液溫度降低到一定范圍。啟動(dòng)制冷單元之時(shí)，制冷器可直接作用于冷卻油液，通過熱交換過程帶走冷卻油液當(dāng)中的熱量，達(dá)到降溫目的。因?yàn)槔鋮s油液完全充滿第一腔室和第二腔室，而制冷單元的主要作用為降溫整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)，此種降溫效果比較均勻，不僅可以有效防止熱應(yīng)力損壞部件或者導(dǎo)致部件變形，還可有效起到潤(rùn)滑效果，降低齒輪之間的摩擦和磨損程度。此外，設(shè)置制冷單元還可有效提升冷卻油液的潤(rùn)滑性和流動(dòng)性，幫助冷卻油液更好的滲透于各個(gè)需要潤(rùn)滑的位置，形成保護(hù)膜，延長(zhǎng)齒輪使用壽命。

4.3 從傳動(dòng)軸優(yōu)化設(shè)計(jì)

在傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中，轉(zhuǎn)環(huán)的設(shè)計(jì)十分巧妙，主要設(shè)置在從傳動(dòng)軸的外圈處活動(dòng)套位置，可在需要時(shí)調(diào)整從傳動(dòng)軸，以更好地適應(yīng)轉(zhuǎn)矩需求。此轉(zhuǎn)環(huán)的設(shè)計(jì)可在活動(dòng)槽內(nèi)自由移動(dòng)，而活動(dòng)槽的內(nèi)壁上固定設(shè)置有第二推動(dòng)單元，主要任務(wù)是推動(dòng)轉(zhuǎn)環(huán)沿著活動(dòng)槽的長(zhǎng)度方向移動(dòng)。此種設(shè)計(jì)可以增加從轉(zhuǎn)動(dòng)軸在轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)上的靈活性，當(dāng)主傳動(dòng)軸面相應(yīng)的從傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩過小時(shí)，第二推動(dòng)單元會(huì)推動(dòng)轉(zhuǎn)環(huán)向上移動(dòng)，進(jìn)而使從動(dòng)齒輪和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊遠(yuǎn)離主傳動(dòng)軸一側(cè)的主動(dòng)斜齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)。此種設(shè)計(jì)可以更加方便的調(diào)節(jié)從傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而滿足車輛行駛的需求。

可采用電動(dòng)推桿等裝置實(shí)現(xiàn)第二推動(dòng)單元的功能，這是一種比較常見的線行執(zhí)行器，通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)推桿進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)轉(zhuǎn)環(huán)移動(dòng)。在傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用電動(dòng)推桿作為第二推動(dòng)單元具有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：（1）精確控制：電動(dòng)推桿可以精確控制推桿的移動(dòng)速度和距離，進(jìn)而精確控制轉(zhuǎn)環(huán)的位置，保證從轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩調(diào)整準(zhǔn)確無誤，更好的滿足車輛行駛需求。（2）迅速響應(yīng)：電動(dòng)推桿的響應(yīng)速度較快，可以短時(shí)間內(nèi)迅速移動(dòng)推桿，及時(shí)調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)。（3）可靠性高：電動(dòng)推桿具有相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可以平穩(wěn)運(yùn)行，而且經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試和使用，可靠性比較高。在傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中使用電動(dòng)推桿作為第二推動(dòng)單元，可有效保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和可靠性。（4）維護(hù)簡(jiǎn)單：電動(dòng)推桿的可維護(hù)性良好，其結(jié)構(gòu)相對(duì)清晰，方便拆卸和組裝，在需要維修和更換時(shí)可在短時(shí)間內(nèi)快速完成，使維護(hù)時(shí)間減少，降低成本。

5 結(jié)語(yǔ)

通過總結(jié)新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的主要類型，制定了傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，即轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)塊優(yōu)化、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)箱優(yōu)化和從傳動(dòng)軸優(yōu)化，通過詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的效率和可靠性得到了顯著提升。然而，未來的新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，如進(jìn)一步提高傳動(dòng)效率、降低噪聲和振動(dòng)、增強(qiáng)系統(tǒng)的耐久性等。因此，持續(xù)的創(chuàng)新和優(yōu)化將是新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵。而新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化策略將在技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)集成的推動(dòng)下不斷發(fā)展，為新能源汽車的普及和可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。

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