某純電動汽車高速切換低檔風險分析

　　舒?暉，姚學松（奇瑞新能源汽車股份有限公司，安徽?蕪湖?241002）

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

　　關鍵詞：電動汽車；動力總成；變速箱；掛擋

　　0 引言

　　在全球環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展受到全世界廣泛關注。純電動汽車具有低噪聲、無污染、能量來源多樣、能量效率高等優點，發展純電動汽車是解決城市化進程中環境污染和交通擁堵問題的重要途徑之一 ^[1] 。市場上大部分電動汽車都是電機匹配單減速器，整車行駛過程，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，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，有人針對純電動汽車動力總成設計問題 ^[2-3] ，對純電動汽車的動力總成選型、電機參數、變速器參數等方面進行了研究，提高了動力性和經濟性。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據為基礎，以最高能量效率為目標的策略，同樣改善了整車經濟性。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] 提出了換擋品質的概念，通過對同步器的滑磨功和換檔沖擊度進行分析，縮短了換檔時間，提高了變速器的換檔品質。

　　本文針對某款純電動汽車高速運行時強行掛入低檔位的風險進行分析，對比了最高車速時掛入1檔時的電機轉速與電機安全運行的最高轉速，結果表明，最高車速下掛入1檔時的電機轉速高于安全轉速；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，降低了電機控制器IGBT損壞的風險。

　　1 基本參數

　　本文是基于某款純電動汽車搭載的五檔變速箱匹配電機分析，其動力總成系統由電機控制器、驅動電機、變速箱、半軸和車輪等組成，結構如圖1所示。某純電動汽車的性能參數如表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汽車最高車速為100km/h，當以最高車速運行時，其輪胎轉速n _輪胎 與最高車速V _車速 的關系如下：

　　n _輪胎 =V _車速 /1.87=891rpm

　　電機轉速n _電機 與輪胎轉速n _輪胎 的對應關系如下：

　　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速掛入該檔位時對應的電機轉速，對應關系如表3所示。當以100km/h的車速掛入1檔時，對應的電機轉速已經超過電機設計轉速的極限，此時電機反電動勢為：

　　U=58×12811/1000=743V

　　由此可見，U遠大于IGBT模塊的耐壓等級，產生的反電動勢會燒毀IGBT模塊。

　　綜上，車速過高強行掛入1檔存在燒毀電機控制器IGBT模塊的風險，其他檔位均在電機最高轉速范圍內。

　　3 保護策略

　　由表1知該電動汽車存在最高性能轉速和最高機械轉速，下面分別計算1檔時最高性能轉速和最高機械轉速對應的車速。最高電機轉速對應的車速如表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速：電機轉速/1檔速比×輪胎周長×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速：電機轉速/1檔速比×輪胎周長×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，建議該純電動汽車將1檔最高車速限制在70km/h，此時1檔對應的電機轉速為8970rpm，小于最高機械轉速；對應的最大反電動勢520V（IGBT模塊耐壓等級650V）。

　　4 結論

　　本文通過對某款純電動汽車搭載的五檔變速箱匹配電機分析，結果表明，該電動汽車最高車速時掛入1檔時的電機轉速為12811rpm，超過電機最高機械轉速，反電動勢達到743V，高于電機控制器IGBT模塊耐壓值，存在炸管風險；通過對1檔車速進行限制，可有效降低強行掛當風險，提高整車安全性。

　　參考文獻：

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

　　[2] 田晉躍,顧以慧.某純電動汽車電機-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.小型純電動汽車變速器傳動比設計[J].傳動技術,2015(01).

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

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

　　[6] 蔣樹勛,林中蔚.電動汽車多檔AMT經濟性換檔策略的研究[J].中國新技術新產品,2019(10).

　　（注：本文來源于科技期刊《電子產品世界》2020年第05期第71頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。）