某純電動(dòng)汽車(chē)高速切換低檔風(fēng)險分析

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

　　摘?要：基于某款純電動(dòng)汽車(chē)高速運行時(shí)，強行掛入低檔位時(shí)存在的風(fēng)險進(jìn)行分析；文章分別分析了1檔最高車(chē)速時(shí)對應的電機轉速和最高轉速下對應的整車(chē)車(chē)速。結果表明，1檔下需要對最高車(chē)速進(jìn)行限制，提高動(dòng)力總成工作安全性，預防驅動(dòng)系統損壞，造成整車(chē)動(dòng)力丟失。

　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；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(chē)為代表的新能源汽車(chē)的發(fā)展受到全世界廣泛關(guān)注。純電動(dòng)汽車(chē)具有低噪聲、無(wú)污染、能量來(lái)源多樣、能量效率高等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展純電動(dòng)汽車(chē)是解決城市化進(jìn)程中環(huán)境污染和交通擁堵問(wèn)題的重要途徑之一 ^[1] 。市場(chǎng)上大部分電動(dòng)汽車(chē)都是電機匹配單減速器，整車(chē)行駛過(guò)程，電機可能工作在低速高轉矩和高速低轉矩的低效區；電機匹配變速箱時(shí)，低速高轉矩工況下用低檔位，高速低轉矩工況下用高檔位，讓電機盡可能工作在高效區，提高整車(chē)續航里程。

　　目前有很多研究人員研究了電機匹配多檔減速器，有人針對純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成設計問(wèn)題 ^[2-3] ，對純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力總成選型、電機參數、變速器參數等方面進(jìn)行了研究，提高了動(dòng)力性和經(jīng)濟性。蔣樹(shù)勛等針對電動(dòng)汽車(chē)多檔變速箱換檔策略，提出一種以動(dòng)力及傳動(dòng)部件試驗數據為基礎，以最高能量效率為目標的策略，同樣改善了整車(chē)經(jīng)濟性。曾虎 ^[4] 等以某純電動(dòng)汽車(chē)為例，探討了變速器傳動(dòng)比與檔位的確定，實(shí)現了汽車(chē)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(guò)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(chē)高速運行時(shí)強行掛入低檔位的風(fēng)險進(jìn)行分析，對比了最高車(chē)速時(shí)掛入1檔時(shí)的電機轉速與電機安全運行的最高轉速，結果表明，最高車(chē)速下掛入1檔時(shí)的電機轉速高于安全轉速；基于動(dòng)力總成安全性，提出了一種1檔時(shí)限制最高車(chē)速的策略，降低了電機控制器IGBT損壞的風(fēng)險。

　　1 基本參數

　　本文是基于某款純電動(dòng)汽車(chē)搭載的五檔變速箱匹配電機分析，其動(dòng)力總成系統由電機控制器、驅動(dòng)電機、變速箱、半軸和車(chē)輪等組成，結構如圖1所示。某純電動(dòng)汽車(chē)的性能參數如表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，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(cháng)為：

　　2×3.14×298.5/1000=1.87m

　　2 失效工況分析某純電動(dòng)汽車(chē)最高車(chē)速為100km/h，當以最高車(chē)速運行時(shí)，其輪胎轉速n _輪胎 與最高車(chē)速V _車(chē)速 的關(guān)系如下：

　　n _輪胎 =V _車(chē)速 /1.87=891rpm

　　電機轉速n _電機 與輪胎轉速n _輪胎 的對應關(guān)系如下：

　　n _電機=n_輪胎 ×N rpm

　　根據表2中各檔位下總減速比分別計算最高車(chē)速掛入該檔位時(shí)對應的電機轉速，對應關(guān)系如表3所示。當以100km/h的車(chē)速掛入1檔時(shí)，對應的電機轉速已經(jīng)超過(guò)電機設計轉速的極限，此時(shí)電機反電動(dòng)勢為：

　　U=58×12811/1000=743V

　　由此可見(jiàn)，U遠大于IGBT模塊的耐壓等級，產(chǎn)生的反電動(dòng)勢會(huì )燒毀IGBT模塊。

　　綜上，車(chē)速過(guò)高強行掛入1檔存在燒毀電機控制器IGBT模塊的風(fēng)險，其他檔位均在電機最高轉速范圍內。

　　3 保護策略

　　由表1知該電動(dòng)汽車(chē)存在最高性能轉速和最高機械轉速，下面分別計算1檔時(shí)最高性能轉速和最高機械轉速對應的車(chē)速。最高電機轉速對應的車(chē)速如表4所示。

　　電機最高性能轉速為8200rpm，掛入1檔能夠達到的最高車(chē)速：電機轉速/1檔速比×輪胎周長(cháng)×60min/1000=64km/h。

　　電機最高機械轉速為9840rpm，掛入1檔能夠達到的最高車(chē)速：電機轉速/1檔速比×輪胎周長(cháng)×60min/1000=77km/h。

　　綜上數據，確保不燒毀電機控制器IGBT模塊且留有一定安全余量，建議該純電動(dòng)汽車(chē)將1檔最高車(chē)速限制在70km/h，此時(shí)1檔對應的電機轉速為8970rpm，小于最高機械轉速；對應的最大反電動(dòng)勢520V（IGBT模塊耐壓等級650V）。

　　4 結論

　　本文通過(guò)對某款純電動(dòng)汽車(chē)搭載的五檔變速箱匹配電機分析，結果表明，該電動(dòng)汽車(chē)最高車(chē)速時(shí)掛入1檔時(shí)的電機轉速為12811rpm，超過(guò)電機最高機械轉速，反電動(dòng)勢達到743V，高于電機控制器IGBT模塊耐壓值，存在炸管風(fēng)險；通過(guò)對1檔車(chē)速進(jìn)行限制，可有效降低強行掛當風(fēng)險，提高整車(chē)安全性。

　　參考文獻：

　　[1] 胡建軍,杜瑞,吉毅.純電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)電機-變速器總成研究[J].機電工程,2018(05).

　　[3] 于本德,張建武,李鴻魁,等.小型純電動(dòng)汽車(chē)變速器傳動(dòng)比設計[J].傳動(dòng)技術(shù),2015(01).

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

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

　　[6] 蔣樹(shù)勛,林中蔚.電動(dòng)汽車(chē)多檔AMT經(jīng)濟性換檔策略的研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2019(10).

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第05期第71頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）