某純電動(dòng)汽車高速切換低檔風(fēng)險(xiǎn)分析

　　舒?暉，姚學(xué)松（奇瑞新能源汽車股份有限公司，安徽?蕪湖?241002）

　　摘?要：基于某款純電動(dòng)汽車高速運(yùn)行時(shí)，強(qiáng)行掛入低檔位時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析；文章分別分析了1檔最高車速時(shí)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(dòng)力總成工作安全性，預(yù)防驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)損壞，造成整車動(dòng)力丟失。

　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(diǎn)，發(fā)展純電動(dòng)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 ^[1] 。市場上大部分電動(dòng)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(shí)，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(dòng)汽車動(dòng)力總成設(shè)計(jì)問題 ^[2-3] ，對純電動(dòng)汽車的動(dòng)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(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。蔣樹勛等針對電動(dòng)汽車多檔變速箱換檔策略，提出一種以動(dòng)力及傳動(dòng)部件試驗(yàn)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(dòng)汽車為例，探討了變速器傳動(dòng)比與檔位的確定，實(shí)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(shí)間，提高了變速器的換檔品質(zhì)。

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

　　1 基本參數(shù)

　　本文是基于某款純電動(dòng)汽車搭載的五檔變速箱匹配電機(jī)分析，其動(dòng)力總成系統(tǒng)由電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)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(dòng)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180mm，扁平率是60，輪圈直徑是15英寸(注：1英寸=2.54cm)，所以：

　　輪胎截面高度為：180×0.6=108mm

　　輪胎滾動(dòng)半徑為：(108×2+15×25.4)/2=298.5mm

　　輪胎周長為：

　　2×3.14×298.5/1000=1.87m

　　2 失效工況分析某純電動(dòng)汽車最高車速為100km/h，當(dāng)以最高車速運(yùn)行時(shí)，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=891rpm

　　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 ×N rpm

　　根據(jù)表2中各檔位下總減速比分別計(jì)算最高車速掛入該檔位時(shí)對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，對應(yīng)關(guān)系如表3所示。當(dāng)以100km/h的車速掛入1檔時(shí)，對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過電機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的極限，此時(shí)電機(jī)反電動(dòng)勢為：

　　U=58×12811/1000=743V

　　由此可見，U遠(yuǎn)大于IGBT模塊的耐壓等級(jí)，產(chǎn)生的反電動(dòng)勢會(huì)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(xiǎn)，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(dòng)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(jì)算1檔時(shí)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8200rpm，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×60min/1000=64km/h。

　　電機(jī)最高機(jī)械轉(zhuǎn)速為9840rpm，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×60min/1000=77km/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(dòng)汽車將1檔最高車速限制在70km/h，此時(shí)1檔對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為8970rpm，小于最高機(jī)械轉(zhuǎn)速；對應(yīng)的最大反電動(dòng)勢520V（IGBT模塊耐壓等級(jí)650V）。

　　4 結(jié)論

　　本文通過對某款純電動(dòng)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(dòng)汽車最高車速時(shí)掛入1檔時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為12811rpm，超過電機(jī)最高機(jī)械轉(zhuǎn)速，反電動(dòng)勢達(dá)到743V，高于電機(jī)控制器IGBT模塊耐壓值，存在炸管風(fēng)險(xiǎn)；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(xiǎn)，提高整車安全性。

　　參考文獻(xiàn)：

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

　　[2] 田晉躍,顧以慧.某純電動(dòng)汽車電機(jī)-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(dòng)汽車變速器傳動(dòng)比設(shè)計(jì)[J].傳動(dòng)技術(shù),2015(01).

　　[4] 曾虎,黃菊花.純電動(dòng)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(dòng)汽車兩檔自動(dòng)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(dòng)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).

　?。ㄗⅲ罕疚膩碓从诳萍计诳峨娮赢a(chǎn)品世界》2020年第05期第71頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。）