El principio de funcionamiento y la clasificación de diseño del sistema de transmisión eléctrica de vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos tienen las ventajas de alta eficiencia, emisión cero, amistad ambiental y el estado de control no se verá afectado por el mundo exterior, y su parte también está aumentando. Los vehículos comerciales eléctricos también están surgiendo en este proceso. La principal diferencia entre los vehículos eléctricos y los vehículos modernos tradicionales es que el modo de accionamiento de los vehículos eléctricos se ha cambiado a la unidad eléctrica. El sistema de accionamiento eléctrico se divide principalmente en cuatro partes: motor de accionamiento, transmisión, convertidor de energía y controlador. El sistema de transmisión eléctrica es el núcleo de todo el nuevo vehículo de energía, que afecta directamente su economía, seguridad, confiabilidad y otro rendimiento.

1. Introducción al sistema de accionamiento eléctrico  

La estructura de los nuevos vehículos de energía se compone principalmente de un sistema de transmisión eléctrica, parte del chasis, estructura del cuerpo y varios dispositivos auxiliares relacionados. Excepto por el sistema de accionamiento eléctrico, la función y la composición estructural del resto de las piezas son generalmente similares a las de los automóviles convencionales, pero algunas partes se han simplificado, modificado o reemplazado debido a los diferentes métodos de unidad seleccionados. La composición y el principio de trabajo del sistema de accionamiento eléctrico se muestran en la Figura 1, que se puede dividir en tres partes: módulo auxiliar, módulo de fuente de alimentación a bordo y módulo principal de la unidad eléctrica.

2. Clasificación de diseño y características del sistema de accionamiento eléctrico

• El conjunto de la unidad eléctrica central, como se muestra en la figura, integra el motor de transmisión con la caja de cambios, reemplazando el motor y la caja de cambios convencional, pero aún requiere un eje de transmisión y un eje convencional. En términos de disposición, es similar al tren motriz automotriz tradicional. Además, la ruta de transmisión es larga, la pérdida de energía es grande y la eficiencia del sistema es baja; El espacio inferior está ocupado en grandes cantidades, lo que hace que sea difícil organizar la batería de alimentación. Por ejemplo, el conjunto de accionamiento eléctrico central del tipo Cetrax producido por ZF Friedrichshafen AG en Alemania, como se muestra en la Figura 3, es adecuado para autobuses de baja altura y de alta altura. Basado en un enfoque de diseño de "plug-and-drive", Cetrax se puede integrar en las plataformas de vehículos actuales sin cambios importantes en el chasis, los ejes o diferenciales delanteros y traseros. La salida máxima y el par máximo son 300 kW y 4 400 nm, respectivamente.

• El transeje eléctrico integrado (ejes paralelos/coaxiales/verticales) se muestra en el diagrama e integra una transmisión convencional con un motor eléctrico, que se desacelera y aumenta torsionalmente y se usa directamente para conducir las ruedas. Ahorra el eje de transmisión anterior, el soporte de suspensión y otras partes, lo que hace que el costo de carga sea bajo; Alta eficiencia de transmisión; Ocupa menos espacio y es más conveniente para el diseño de las baterías de alimentación; y menos efectivo en términos de NVH; La masa no superada es grande y compensada, y la maniobrabilidad de todo el vehículo no es alta. Por ejemplo, el eje de accionamiento integrado de dos velocidades del modelo de QT130SPE producido por Qingte Group Co., Ltd., como se muestra en la Figura 5, es adecuado para el tractor 49T con una carga nominal de 13 t. El esquema de cambio de bordes magnéticos duales hace que el engranaje cambie suave y la experiencia de conducción sea más agradable. La integración de los sistemas tradicionales libera efectivamente el espacio del chasis y proporciona una mejor capacidad de transferencia.

• Como se muestra en la figura, el motor altamente integrado, el reductor y el eje de accionamiento tradicional cancelan el eje de transmisión y el diferencial, y la eficiencia de la transmisión es alta porque adopta la transmisión diferencial electrónica; Y ocupa menos espacio, y el diseño de la batería de alimentación es más conveniente; Sin embargo, la masa no expulsada es grande, lo que no es bueno para el manejo de todo el vehículo, y el control diferencial electrónico es difícil. Como se muestra en la Figura 7, el tipo de motor adopta un motor asincrónico, que se aplica a un bus de 10 m ~ 18 m, la potencia máxima es de 2 × 125 kW, la masa máxima de carga del eje es de 13 000 kg y su inversor controlador no está integrado en el eje, con un mecanismo de desaceleración de dos etapas.

• Como se muestra en la Figura 8, la parte del motor en la rueda está muy integrada con eleje de transmisiónParte [1], y el motor de accionamiento conduce directamente las ruedas es la dirección de desarrollo futura. Este sistema de accionamiento tiene la mayor eficiencia de transmisión y tiene las ventajas de peso ligero y bajo consumo de energía; La eficiencia de recuperación de energía de frenado es cercana al 100%, pero el costo es alto. Cuando el tamaño del motor es grande, hay problemas como el sobrecalentamiento, la desmagnetización y el sistema de cadena industrial, y en la actualidad, la tecnología en esta área no es madura. Por ejemplo, el eje de accionamiento eléctrico en la rueda producido por la compañía holandesa e-tracción, como se muestra en la Figura 9, tiene cero emisiones, bajo costo de propiedad y una eficiencia de hasta el 94% desde la batería a la rueda, que es un 15% más alto que el de los sistemas de accionamiento eléctrico ordinarios y reduce las piezas móviles. El rango aumenta en un 20% y el tamaño de la batería se reduce en un 20%. Fácil de mantener, bajo ruido, alta comodidad y alta redundancia, el control independiente de las ruedas ocupa un área pequeña, una alta utilización del espacio y modo de control flexible, que es adecuado para autobuses y camiones de 12 m ~ 18 m, y tiene una amplia gama de aplicaciones.

En la actualidad, los tipos comunes de sistemas de accionamiento eléctrico para nuevos vehículos comerciales de energía son principalmente sistemas de accionamiento eléctrico integrados centrales, ejes de accionamiento eléctrico del lado de la rueda y ejes de accionamiento eléctrico integrados. El eje de accionamiento eléctrico coaxial integrado centralmente se usa para camiones de servicio medio y pesado, así como camiones volcados de cuerpo ancho. Las transmisiones eléctricas del lado del lado de la rueda a menudo se usan en la serie de autobuses de más de 10 m. El eje de accionamiento eléctrico integrado a menudo se usa en camiones y series de minibús de 6 m ~ 7 m. El eje de accionamiento eléctrico integrado se divide en tres formas: eje paralelo, eje coaxial y vertical. Entre ellos, el motor de accionamiento del eje vertical integrado el eje de transmisión eléctrica está conectado y conducido por el eje de transmisión en un ángulo perpendicular, y se adopta el modo de reducción de la engranaje hiperboloide, la relación de velocidad es pequeña y la densidad de potencia del sistema es baja. El eje paralelo está integrado con el eje de transmisión eléctrica, el motor y el eje de transmisión están dispuestos en un estado paralelo, y el motor es múltiple. Principalmente transmisión de engranajes cilíndricos, relación de velocidad grande, alta densidad de potencia; Debido a la gran masa y desplazamiento no superado, el manejo y la comodidad de todo el vehículo son pobres. Los ejes de accionamiento eléctrico integrado doméstico adoptan principalmente el tipo de eje paralelo.

En comparación con el sistema de accionamiento central, el eje de accionamiento eléctrico integrado tiene un alto grado de integración en términos de motor, reductor, diferencial y eje; El diseño y el control de la transmisión automática y la tecnología de control del sistema de accionamiento eléctrico son difíciles; El chasis ocupa un espacio pequeño, y la disposición de la batería es conveniente; Puede lograr una alta recuperación de energía, peso ligero, 10% ~ 25% más bajo que el accionamiento central, reducir efectivamente el consumo de energía, la alta velocidad del motor, el tamaño pequeño y la alta densidad de potencia. Sin embargo, el motor y la caja de cambios están debajo de la suspensión, y la masa no hilada es grande, lo que no es propicio para la mejora del manejo y la comodidad del vehículo. Es difícil desarrollar diseño y control de transmisión automática, tecnología de control del sistema de accionamiento eléctrico y ejes de accionamiento de vehículos comerciales. El motor y la caja de engranajes del sistema de accionamiento central están por encima de la suspensión, y la masa no hundida es pequeña, y el manejo y la comodidad del vehículo son altos. Es difícil diseñar y controlar las transmisiones automáticas y desarrollar tecnologías de control para sistemas de accionamiento eléctrico.

La tendencia de desarrollo de los nuevos camiones pesados ​​de energía

Con el desarrollo e investigación de nuevos camiones pesados ​​energéticos en la industria, considerando los principales factores como la economía, la integración y la seguridad, combinadas con la tendencia de desarrollo futuros de los sistemas de accionamiento eléctrico con altos, de alta velocidad, alta eficiencia, alta confiabilidad y alta confiabilidad. Buen NVH, la tendencia de desarrollo deNuevos camiones pesados ​​de energíaPrincipalmente incluye los siguientes aspectos.

1) Bajo costo de producción y bajo costo de mantenimiento. En el uso diario de nuevos camiones pesados ​​energéticos, la carga de pilas, el mantenimiento del vehículo y la duración de la batería requieren una cierta cantidad de inversión de capital. Para garantizar los requisitos económicos, la búsqueda de costos más bajos y costos de mantenimiento es uno de los principales objetivos de promover nuevos vehículos de energía.

2) Peso corporal liviano y modularidad del sistema de control electrónico. Cuanto mayor sea su propia masa, mayor será el consumo de energía de la batería durante el funcionamiento. Los sistemas de accionamiento eléctrico requieren más y más componentes complejos para controlar, y la modularidad es una forma de descomponer los sistemas complejos en mejores módulos manejables. Si bien la luz y optimización de su propia estructura, también es necesario cumplir con los requisitos de resistencia y mejorar la tasa de utilización de las materias primas. Hazlo de alta velocidad y reduzca el par motor; Alta eficiencia, reduzca el consumo de energía de todo el vehículo.

3) Grado de escalada mayor y un fuerte rendimiento de potencia. La potencia que puede proporcionar un sistema de accionamiento eléctrico está limitada por factores como la energía del motor y el tamaño de la batería. Los camiones de servicio pesado tienen una masa más pesada y una mayor capacidad de carga, y a menudo carecen de potencia al trepar pendientes y malas condiciones de carretera (fangoso, baches, etc.).

4) Bajo consumo de energía y alta confiabilidad. El rango de crucero es uno de los indicadores de rendimiento importantes de los nuevos vehículos de energía, y es particularmente importante en la operación de nuevos camiones pesados ​​de energía. La cantidad de kilometraje restante y el consumo de energía en condiciones de carretera complejas presentan mayores requisitos para la confiabilidad. Se realizan estudios de espectro de carga en profundidad para identificar componentes consumibles y aumentar la vida laboral del sistema general. Fortalecer la capacidad del análisis de simulación y la verificación de la prueba en condiciones de trabajo extremas.

5) Buena experiencia de manejo. Use alta potencia y densidad de torque para lograr una mejor aceleración, condiciones de carretera complejas, cuesta arriba y rendimiento de adelantamiento. Optimice el NVH del sistema de transmisión eléctrica en sí, para mejorar la calidad de NVH de todo el vehículo.

Conclusión

En resumen, se introducen el principio de trabajo, la clasificación y los productos específicos de la unidad eléctrica, y el esquema de configuración e implementación del sistema de accionamiento eléctrico en esta etapa se describe brevemente. Con el desarrollo gradual de vehículos eléctricos, la actualización y la iteración de productos de baja gama han mejorado enormemente el rendimiento, la eficiencia de la transmisión y el rango de crucero, lo que ha hecho que la transmisión de múltiples velocidades se convierta en la tendencia de desarrollo del sistema de transmisión de vehículos eléctricos en el futuro. En términos de vehículos eléctricos y vehículos comerciales, las principales formas de sistemas de accionamiento eléctrico son los ejes de accionamiento eléctrico del lado de la rueda, los ejes de accionamiento eléctrico integrados y los conjuntos de accionamiento eléctrico central. Los vagones de pasajeros usan principalmente ejes de tracción eléctrica de rueda, los camiones usan principalmente ejes de transmisión eléctrica integrados o conjuntos de accionamiento central, y los camiones pesados ​​son adecuados para la forma de ejes de transmisión eléctrica integrados o conjuntos de accionamiento central. Después de la comparación, para cumplir con los requisitos de rendimiento más altos y lograr mejores beneficios económicos, el esquema del sistema de accionamiento eléctrico que utiliza la configuración general del motor de alta velocidad y la caja de cambios de múltiples velocidades está más en línea con la tendencia de desarrollo futura.

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