電動汽車架構新趨勢:多電機多檔位自動變速系統

2021-01-08 網易汽車

2016-01-04 09:50:32　來源: 第一電動網

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場長導讀：多電機多檔位自動變速系統的實施，具有構造簡單體積小、承載能力強、輸出扭矩大、效率高等優勢，將給電動汽車架構帶來顛覆性的革命。


第一電動網1月4日報導 在電動汽車的機遇面前，有一種新趨勢是，挑戰現有電動車架構，形成多電機多檔位自動變速系統。在整車構造中，電機和減速設備的基本架構著有根基的地位，電動車多電機多檔位自動變速系統改變了電機及減速箱的構造，勢必要改造三大控制系統。

首先要明白電動車多電機多檔位自動變速系統的原理和構成。有一種模式可以是：在太陽輪連接一臺A電機，將外圈齒輪活動起來連接另一臺B電機，①當只有A電機轉動，B電機剎車不動、內外齒輪圈保持不動，在太陽輪驅動下，衛星輪在內外齒輪圈內旋轉將動力傳輸至輸出軸。②另若B電機轉動，A電機剎車不動，B電機軸齒輪帶動內外齒輪圈旋轉，帶動衛星輪圍繞著停轉的太陽輪外旋轉，將動力傳輸至輸出軸。③A B電機同時轉動太陽輪和內外齒輪圈的旋轉帶動衛星輪旋轉，將動力傳輸至輸出軸。在這三種狀態下，毎種狀態有固定的傳動比，故選擇電機的過程就是換檔位。既然三種狀態下都能運轉，它們相互轉換過程互不受牽制，而且轉換過程由電器控制器控制，因而不需要離合器就能順利地換檔，這構造簡單體積小、重量輕，承載能力強，使用壽命長、運轉平穩，噪聲低、輸出扭矩大，效率高、性能安全而且技術含量並不高。但作用與效果非常理想，它的出現，會給電動車的架構帶來顛覆性的革命。


按圖具體分析該機構可行性，從圖中得；A電機的太陽輪齒數18齒，設在B電機軸上的齒輪齒數35齒，內外齒輪圈的內齒齒數48齒，內外齒輪圈的外齒齒數設定是60齒。即A電機與輸出軸傳動比為3.67，B電機與輸出軸傳動比為2.35。若A電機在3000轉/分時，輸出軸817轉/分，B電機在3000轉/分，輸出軸1276轉/分。如果在裝配單一電機時要3000轉/分驅動輸出軸2093轉/分時則傳動比為1.43。從數值上分明清晰，若單電機在100KW，那雙電機結構時A電機50KW的輸出扭力是單電機在100KW的1.28倍，同理單電機在100KW轉速3000轉/分時輸出軸2093轉/分，而50KW的 B電機在4920轉時輸出軸2093轉，功耗卻相差1.22倍。從數值上講，雙電機構造有可能節電1.2倍。

特斯拉第二代Roadster在0-60mph的加速可能達到2秒，按雙電機結構配置完全有可能，若在0-100mph的加速可能達到3秒內，雙電機的功率有所調整，A電機的功率佔45/100， B電機的功率佔55/100，0-100mph的加速3秒內定可實現。

若加速維持原單電機在100KW時的加速性能，則A電機的功率調整為40KW，B電機60KW時，功耗卻相差1.46倍。

對於一款車而言，動力部分最大的訴求是易用、好開，而且能耗儘可能低，至於百公裡加速成績、最高車速等都沒有太多意義。匹配的價值就凸顯現出來而這就是最大的亮點所在。

SUV、跑車、MPV、物流車採用大功率，而小型車則可用A電機12KW、B電機18KW適合。若設定高速120KM/H，A電機高速時為47KM/H，B電機高速時為73KM/H，AB電機在同時運轉高速時疊加速度就可達到120KM/H。

在延續裡程方面，在相同電池容量下，功耗越少續航裡程越多，B電機題內額定轉速下可得輸出軸1276轉/分，A B電機同時轉動時題內額定轉速下可得輸出軸2093轉/分。即單一電機時要3000轉/分驅動輸出軸2093轉/分時B電機只要4920轉，而B電機的功耗只是單電機時的0.8倍，按最大行程300KM計算，可增加行程75KM，但不同的齒數配比和車輛的載重結果不相同。A電機的功率調整為40KW，總功率為90 K W，而B電機的功耗只是單電機時的0.72倍，按最大行程300KM計算，可增加行程116KM，但續航裡程也解決了很多。即是在電機總功率一定時，採用雙電機無論在加速或續航都有很大的提升。理想是美好的，實際操作又會如何呢？首先我們要知道，在行星輪系中若太陽輪、衛星輪、外齒圈輪都不固定時，它們之間就會成為耦合的傳動，即A電機有一定的轉速時，B電機隨時可以加入和退出運轉，而A電機與B電機的輸出轉數是疊加的，扭力在同最高轉速是兩者的平均值。(實驗的結論)

從以上例子看到多電動車多電機多檔位自動變速系統的作用，如果用兩級行星輪系再加上一個電機又如何？現釆用3、3.5、3.5模式配置，A電機30KW、B電機35KW、C電機35KW，第一級行星輪按以上行星輪齒數配置，第二級的太陽輪齒數為30齒，內外齒輪圈的內齒齒數48齒，內外齒輪圈的外齒齒數設定是60齒，C電機齒輪齒數為20齒，得A電機與輸出軸傳動比為9.54，B電機與輸出軸傳動比為6.1，C電機與輸出軸傳動比為4.87，A電機在3000轉/分時，輸出軸314轉/分，B電機在3000轉/分，輸出軸491轉/分，C電機在3000轉/分，輸出軸616轉/分。如果在裝配單一電機時要3000轉/分驅動輸出軸1421轉/分時則傳動比為2.11。數值上，A電機33KW的輸出扭力是單電機在100KW的1.35倍，即A電機30KW的輸出的起步強於單電機在100KW的的起步。而節能方面，C電機3000轉/分額定轉速下可得輸出軸616轉/分，單電機在100KW時3000轉/分額定轉速下可得輸出軸1421轉/分。即C電機要完成輸出軸1421轉/分只要6920轉，即C電機35K W的功耗只是單電機100KW時的0.8倍，按最大行程300KM計算，可增加行程75KM。如全部電機都採用30 K W，即C電機30K W的功耗只是單電機100KW時的0.69倍，按最大行程300KM計算，可增加行程134KM。若設定高速160KM/H，A電機高速時為35KM/H，B電機高速時為55KM/H，C電機高速時為70KM/H，ABC三電機在同時運轉高速時疊加速度就可達到160KM/H。在實際操作中車輛重載用A電機起步，至車速達到上限或扭力充裕時B電機參與運轉，而A電機逐步減速至退出運作，再度不段加速C電機繼續參與提速，界時若C電機夠動力可單機行駛70KM/H內。當車輛在空載時B電機作起步完全可以，或超車時加入C電機提速。不競車輛行駛速度不斷變化，它們之間的相互配合、相互代替、相互疊加，A、B、C、AB、BC、ABC電機的獨用或組合得到不同的作用和效果，這要求電機控制器與時俱進，亦要對電機控制器進一步改進，特別是智能控制，對各電機的單用或組合作用和轉換作用得到靈活的控制。


在電動車多電機多檔位自動變速系統中，變速機構不會產生扭矩，但它可以傳遞扭矩或提高扭矩減少轉速、提高轉速減少扭矩，產生扭矩在於電動機，而同功率不同性質的電動機扭矩也不同。感應電機、無刷電機、開關磁阻電機的扭矩也不同。要具體的設計才能提及到扭矩。本文只闡明速比和功率的關係在電動車多電機多檔位自動變速系統中的應用。

當然，這只是理論的計算結果，與風阻、車輛的整備質量各種車型各種用途功率和行星齒輪齒數不同，效果不盡相同，有待實際車況而定。在車輛研發階段，以最低的成本、最有效的方式、最佳的配置設計思路及最有效的措施實施到多電動車多電機多檔位自動變速系統中去，最終形成一套可行性高的正向開發設計方案。

中國電動汽車實現「彎道超車」是時代的要求，電動車的應用技術，不能只跟著國外的技術走，要走自己創新路，突破電動車變速領域的瓶頸，要樹立自我創造性的裡程碑。成為電動車行業的執牛耳者，為中國的電動車彎道超車提供動力，走中國式純電動車發展道路，助中國的電動車事業騰飛。


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本文來源：第一電動網 責任編輯： 鮑彬斌_NA5364

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