CN113954614A - 用于提高电驱车传动系统的功率密度的方法及采用该方法的传动系统 - Google Patents

用于提高电驱车传动系统的功率密度的方法及采用该方法的传动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于提高电驱车传动系统的功率密度的方法及采用该方法的传动系统。该方法包括：在所述电驱车的动力舱内设置有两个电机，两个分别与各电机连接的传动箱；各动力舱内的两个电机、两个传动箱和传动轴、以及车轮、轮轴均相对于车辆的纵向线对称布置，从而将各个动力电机功率流和制动器制动功率流汇流后输出至电驱车主动轮，将两条功率流线的传动比配置为可独立调整；将所述传动系统设置为包括第一级减速结构和第二级减速结构，根据预定要求的整车性能参数，确定电动机的性能参数；根据预定要求的整车性能参数，确定制动器的性能参数；基于上述参数，进行各级传动比的计算。还提供了采用上述方法的传动系统。

Description

用于提高电驱车传动系统的功率密度的方法及采用该方法的 传动系统
技术领域
本发明涉及新能源车辆技术领域，更具体而言，涉及一种用于提高电驱车传动系统的功率密度的方法及采用该方法的传动系统。
背景技术
随着新能源技术的逐渐成熟，逐渐出现使用电能的特种专业车辆，这些车辆对于动力性能要求高、作业功率远大于普通家庭用车。这些专用车辆通常需要长时间的大功率输出和低扭矩作业，或者负载远远大于普通民用通勤使用工况。针对车辆的特殊用途，在有限车载空间、动力仓空间和传动系统空间的条件下，如何合理选型，整体协调考虑，提高车辆的功率密度，从而提高电动车辆，尤其是特殊用途车辆例如电动履带车等，非常重要。
发明内容
为了解决或者缓解现有技术中的上述问题，本公开内容的提出了一种提高电驱车传动系统的功率密度的方法及采用该方法的传动系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于提高电驱车传动系统的功率密度的方法，该方法包括：在所述电驱车的动力舱内设置有两个电机，两个分别与各电机连接的传动箱；各动力舱内的两个电机、两个传动箱和传动轴、以及车轮、轮轴均相对于车辆的纵向线对称布置，从而将各个动力电机功率流和制动器制动功率流汇流后输出至电驱车主动轮，将两条功率流线的传动比配置为可独立调整；将所述传动系统设置为包括第一级减速结构和第二级减速结构，根据预定要求的整车性能参数，确定电动机的性能参数；根据预定要求的整车性能参数，确定制动器的性能参数；基于上述参数，进行各级传动比的计算。
优选地，在前述方法的一个具体实施方式中，采用如下的最高车速下的需求功率计算公式(公式1)、规定车速爬坡所需功率计算公式(公式2)和加速工况下所需功率计算公式(公式3)进行计算，并以计算值中最大的作为电机额定功率选型要求的功率；上述三个公式具体为：
最高车速下的需求功率计算公式(公式1)：
Figure BDA0003273665470000021
规定车速爬坡所需功率计算公式(公式2)：
Figure BDA0003273665470000022
公式3：加速工况下所需功率计算公式(公式3)：
Figure BDA0003273665470000023
进一步优选地，分别以如下的最大爬坡角度所需扭矩计算公式、中心转向所需扭矩计算公式进行扭矩计算，并以计算结果中最大的作为电机峰值扭矩选型要求；更优选地，根据上述公式确定的结果，以电机外形尺寸最小为依据选取电机型号。
进一步优选地，所述电驱车为电驱履带车。第一级减速中间设置有惰轮。
根据本发明的另一方面，还提供了一种采用了根据前述方法来提高功率密度的传动系统，所述传动系统包括对称布置的车轮、用于驱动车轮的电机以及制动器，所述传动系统包含一个位于对称布置的两车轮中间的动力舱，所述电机和所述制动器布置在所述动力舱内；所述动力舱内设置有与电机连接的传动箱，各个车轮的轮轴由对应的传动箱驱动，所述制动器相对于所述传动箱与车轮对称布置，所述制动器与所述传动箱直接连接；传动系统设置为包括第一级减速结构和第二级减速结构，第一级减速中间设置有惰轮。
优选地，传动箱与轮轴可以通过联轴器连接。所述传动箱可以采用行星传动结构。
通过利用根据本发明的方法和传动系统，所带来的有益之处在于，能够满足高密度功率的车辆需求，通过将制动器与传动箱直接连接的构造，能够为车辆的动力和制动力的匹配提供更合适的平台。更容易时限传动比、制动效率的调校和设计调整。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本公开内容所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本公开内容更多的目的、功能和优点将通过本公开内容实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1为根据本发明的采用前述方法的传动系统的一个具体实施方式的结构示意图；
图2为图1所示的传动系统的传动箱的布置图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本公开内容的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本公开内容并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本公开内容的具体细节。
在根据本公开内容的提供功率密度的方法中，所使用的各种技术术语、标识符号和参数代码，除非有特别说明，均与本领域普通技术人员所常规理解的术语的含义和使用环境一致。
根据本公开内容的一个方面，提出了一种用于提高电驱车传动系统的功率密度的方法，特别是用于电驱履带车的传动方案的用于提高功率密度的方法。为了实现高功率密度，在传动方案匹配设计中，需要涉及传动布置、基于整车性能需求的电机和制动器选型匹配、根据电机和制动性能参数的传动比分配。
在根据本公开内容的用于提高电驱车的功率密度的方法中，在已经确定各个功能部件的布置形式，车体外形和布置空间的情况下，以满足整车性能参数为目的来确定电动机和制动器的性能参数，然后以电动机和制动器的性能参数为依据，完成传动箱内的各级传动比计算。本方法以动力舱整体功率密度最高为目标，在满足整车使用要求的前提下，首先通过合理选型获得功率密度最高的电动机和制动器性能参数和结构参数，然后通过合理匹配传动装置内部各级传动比，使得电动机和制动器均能工作在理想状态下，从而实现电驱车动力舱功率密度的提升。
在根据本公开内容的提高电驱车传动系统的功率密度的方法的一个实施方式中，包括有一个功率汇流的传动布置方案、相应的电机选型和制动器选型匹配计算方法、不同功率流传动比的计算方法。
在根据本公开内容的关于功率汇流的传动布置方案中，可实现电驱履带车辆动力传动系统中动力电机功率流和制动器制动功率流汇流后输出至履带主动轮，且能根据电动机、制动器的性能需求，独立调整两条功率流线上的传动比，如图1所示。
在本方法所采用的传动布置方案中，为一二级减速传动方案，第一级为平行轴齿轮减速传动比为i1，第二级为行星减速传动比为i2。优选地，第一级减速中间设置一惰轮，这样即可方便电动机和制动器的空间布置，又能提高整体功率密度。
其中，传动方案匹配的设计中，可以根据整车性能指标的电机选型计算，采用如下的公式1(最高车速下的需求功率计算公式)、公式2(规定车速爬坡所需功率计算公式)和公式3(加速工况下所需功率计算公式)来计算，并以计算值中最大的作为电机额定功率选型要求的功率；上述三个公式具体为：
公式1：最高车速下的需求功率计算公式：
Figure BDA0003273665470000041
公式2：规定车速爬坡所需功率计算公式
Figure BDA0003273665470000042
公式3：加速工况下所需功率计算公式
Figure BDA0003273665470000043
其中，分别以公式4(最大爬坡角度所需扭矩计算公式)、公式5(中心转向所需扭矩计算公式)进行扭矩计算，并以计算结果中最大的作为电机峰值扭矩选型要求。上述公式4和公式5具体为：
公式4：最大爬坡角度所需扭矩计算公式
Figure BDA0003273665470000044
公式5：中心转向所需扭矩计算公式
Figure BDA0003273665470000045
根据上述公式1至5的计算结果，以电机外形尺寸最小为依据选取电机型号。
在上述公式中，
PV为最高车速下的需求功率；Vmax为最高车速；η为机械传动效率；m为整车质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；CD为空气阻力系数；A为迎风面积；Pi为规定速度所需功率；α为坡度；V为车辆速度；Pj为加速工况所需功率；δ为旋转质量换算系数；Tqmax为最大爬坡角度所需扭矩；ig为变速器传动比；io为主减速器传动比；r为车轮半径；μ为转向阻力系数，L为履带接地长度，B为履带中心距。
在上述公式中，带有不同下标的字符表示同一类型的变量或者参数在不同位置或者不同阶段的数值或者状态。
优选地，在根据本方法的一个实施方式中，还包括对于制动器的配置和选定。具体为：根据整车性能指标的制动器选型计算，具体为以如下的公式6(制动抱死产生制动力的计算公式)进行最大制动力计算，并以拟选用制动的许用P值和PV值，选定制动器的制动力矩、转速及外形尺寸。
其中上述公式具体为：
公式6：制动抱死产生制动力的计算公式
Figure BDA0003273665470000051
在上述公式中，其中，jmax为最大减速度。
优选地，在根据本方法的另一个实施方式中，根据选定电机和制动器外形尺寸该传动方案第一级齿轮传动的中心距：
a＞D电机/2+D制动/2。
另外，可以根据制动器工作转速及其对应的车轮输出转速确定该方案第二级传动比
i2＝n制动/n主动轮，
然后根据电机转速与主动轮转速之比为两级传动比乘积
n电机/n主动轮＝i1×i2，
来确定第一级传动比。其中n为转速。
根据本公开内容的另一方面，还提供了一种采用上述的提高电驱车传动系统的功率密度的方法的传动系统。该传动系统包括对称布置的车轮、用于驱动车轮的电机以及制动器。该传动系统包含一个位于对称布置的两车轮中间的动力舱，电机和制动器布置在动力舱内；动力舱内设置有与电机连接的传动箱，各个车轮的轮轴由对应的传动箱驱动，制动器相对于传动箱与车轮对称布置，制动器与传动箱直接连接。
参照图1所示的一个传动系统的示例，该图示意性示出了包含一对车轮的传动系统，其中包括对称布置的车轮W1和W2，用于驱动车轮的电机M1、M3以及制动器B1和B2。动力舱100布置在对称布置的两车轮中间。电机和制动器布置在动力舱100内。动力舱内设置有与电机M1和M2连接的传动箱T1和T2。制动器B1相对于传动箱T1与车轮W1对称布置，制动器B1与传动箱T1直接连接。制动器B2相对于传动箱T2与车轮W2对称布置，制动器B2与传动箱T2直接连接。
在图1所示的传动系统的一个实例中，动力舱100内设置有两个电机，两个分别与各电机连接的传动箱。进一步优选地，动力舱内的两个电机、两个传动箱和传动轴、以及车轮、轮轴均相对于车辆的纵向线对称布置。
优选地，根据本申请的传动系统可以用于履带式电驱车中，所述车轮为履带驱动轮。
优选地，传动箱与轮轴可以通过联轴器连接。所述传动箱可以采用行星传动结构。图2为图1所示的传动系统的传动箱的布置图。
本申请还提出了一个功率汇流的传动布置方案，该方案可实现电驱履带车辆动力传动系统中动力电机功率流和制动器制动功率流汇流后输出制履带主动轮，且能根据电动机、制动器的性能需求，独立调整两条功率流线上的传动比。
本发明提供的传动设计方案，该方案采用的新的传动布置方式，更有利于动力制动传动比的匹配。根据本发明的技术方案，在结构和构造上的新的变化，有利于在该平台上从动力舱总体角度出发，通过电机、制动器、传动系统等总体的匹配设计，实现电驱履带车辆动力舱功率密度的提升。
此外，在本申请的传动系统中，能够更灵活地确定电机到制动器的传动比，实现了电机到制动器的传动布置。
结合这里披露的本公开内容的说明和实践，本公开内容的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本公开内容的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种用于提高电驱车传动系统的功率密度的方法，该方法包括：
在所述电驱车的动力舱内设置有两个电机，两个分别与各电机连接的传动箱；各动力舱内的两个电机、两个传动箱和传动轴、以及车轮、轮轴均相对于车辆的纵向线对称布置，从而将各个动力电机功率流和制动器制动功率流汇流后输出至电驱车主动轮，将两条功率流线的传动比配置为可独立调整；
将所述传动系统设置为包括第一级减速结构和第二级减速结构，
根据预定要求的整车性能参数，确定电动机的性能参数；
根据预定要求的整车性能参数，确定制动器的性能参数；
基于上述参数，进行各级传动比的计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用如下的最高车速下的需求功率计算公式(公式1)、规定车速爬坡所需功率计算公式(公式2)和加速工况下所需功率计算公式(公式3)进行计算，并以计算值中最大的作为电机额定功率选型要求的功率；上述三个公式具体为：
最高车速下的需求功率计算公式(公式1)：
Figure FDA0003273665460000011
规定车速爬坡所需功率计算公式(公式2)：
Figure FDA0003273665460000012
公式3：加速工况下所需功率计算公式(公式3)：
Figure FDA0003273665460000013
上述公式中，
PV为最高车速下的需求功率；Vmax为最高车速；η为机械传动效率；m为整车质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；CD为空气阻力系数；A为迎风面积；Pi为规定速度所需功率；α为坡度；V为车辆速度；Pj为加速工况所需功率；δ为旋转质量换算系数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，分别以如下的最大爬坡角度所需扭矩计算公式(公式4)、中心转向所需扭矩计算公式(公式5)进行扭矩计算，并以计算结果中最大的作为电机峰值扭矩选型要求，上述公式具体为：
最大爬坡角度所需扭矩计算公式(公式4)：
Figure FDA0003273665460000021
其中，Tqmax为最大爬坡角度所需扭矩；ig为变速器传动比；io为主减速器传动比；r为车轮半径。
中心转向所需扭矩计算公式(公式5)：
Figure FDA0003273665460000022
其中，μ为转向阻力系数，L为履带接地长度，B为履带中心距。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于权利要求2和3中所确定的结果，以电机外形尺寸最小为依据选取电机型号。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据整车性能指标的制动器选型计算，具体为以如下的制动抱死产生制动力的计算公式(公式6)进行最大制动力计算，并以拟选用制动的许用P值和PV值，选定制动器的制动力矩、转速及外形尺寸；其中上述公式具体为：
Figure FDA0003273665460000023
其中jmax为最大减速度。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述电驱车为电驱履带车。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，第一级减速中间设置有惰轮。
8.一种采用了根据权利要求1-7中任一项所述方法的传动系统，其特征在于，所述传动系统包括对称布置的车轮、用于驱动车轮的电机以及制动器，
所述传动系统包含一个位于对称布置的两车轮中间的动力舱，所述电机和所述制动器布置在所述动力舱内；
所述动力舱内设置有与电机连接的传动箱，各个车轮的轮轴由对应的传动箱驱动，所述制动器相对于所述传动箱与车轮对称布置，所述制动器与所述传动箱直接连接；
传动系统设置为包括第一级减速结构和第二级减速结构，第一级减速中间设置有惰轮。
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