一、
概述
图1 采埃孚EVbeat概念车
图2 EVSys800传动系统齿圈-太阳轮样件
二、
传动原理分析
1、扭矩特性EVSys800电驱总成的概念箱件图3
图3 EVSys800电驱总成
EVSys800传动系统的结构简图如下:
图4 EVSys800电驱传动系统结构简图
图5 行星排传动系统杠杆图
(3)
(4)
图6 行星排各元件转速示意杠杆图
(6)
2.2、差速工况
根据差速器原理,差速时车轮一侧降低的转速和另一端增加的转速相等,设右侧车轮转速降低为Δn,另一侧车轮增加的转速为nx,我们来证明EVSys800的传动系统满足:Δn=nx。如图7所示
图7 差速工况杠杆姿态
(7)
(8)
(9)
三、
实例验证
为验证本文推导公式的正确性,下面根据公式(5)和公式(6)进行配齿,并在相关软件中搭建模型,并给定工况进行功能性验证。行星排宏观参数如表1
任意给出工况,例如,输入轴转速为4500rpm,扭矩为120Nm,则将表1给定参数代入公式(6)计算其速比为
i=1+i1+i1*i2=1+98/28+(98/28)*(135/105)=9根据公式(1)计算右侧车轮扭矩为TLoad1=(1+i1)*TE=(1+98/28)*120Nm=540Nm根据公式(4)计算左侧车轮扭矩为TLoad2=i1*i2*TE=(98/28)*(135/105)*120Nm=540Nm再来计算转速:车辆直行,按照给定的工况,当输入转速为4500rpm时,不考虑路面不平、摩擦、胎压不一致等情况,理论上两端输出转速相等,都为:n=4500/9=500rpm车辆差速,假设车辆右拐,Δn=10rpm,根据上一节的证明过程及结论,则右侧车轮转速为:以上是根据文中推导公式计算的结果,下面进行模拟验证。根据表1参数建立仿真模型并绘制3D数模如图8
图8 仿真模型及3D数模结构简图
图9 直行工况及计算结果
图10 差速工况及计算结果
四、
总结
采埃孚同轴电驱传动系统的创新,他们对于行星排的深刻理解,都是我们学习的榜样。具体到EVSys800,由于采用了径向叠加行星排,轴向尺寸可以显著缩短,由于革新了传统开式差速器,减重上也非常可观,这就减小了空间尺寸,增加了功率密度、扭矩密度,这是它无可置疑的优点。但,它的劣势也是明显的,首先,因其差减一体,也就是说差速功能一直参与减速功能,这势必带来齿轮的啮合损失,效率降低。我们知道,传统差速器,在直行时,理论上差速器的太阳轮和行星轮不参与啮合,而EVSys800的两套NGW行星排一直在啮合,无论其直行还是转弯;其次,两套NGW行星排的配齿要满足公式(5),同时要考虑速比,也就是要具有实际工程意义,要使得公式(6)达到10左右,这个配齿是不便于实现的。可以参看图3和图8,图3是采埃孚的设计渲染图,图8是本文配齿的3D模型,可见第二排的行星轮较小,这就是结构上的限制,要满足公式(5)又要使公式(6)有意义,导致第二排行星轮受限,行星轮内部的滚针轴承和销轴的选择都不能那么的随意,而且强度也是必须要考虑的,所以EVSys800的第二排用了5个甚至6个行星轮;再次,第一排的齿圈和第二排的太阳轮一体,参看图2实物,这种结构对于加工提出了新的挑战,如何解决热后变形及由此带来的可能的NVH问题?固然可以通过加厚轮缘来抵抗变形,但这样,该结构的减重优势将大打折扣,从而其功率密度、扭矩密度的领先程度也将不再凸显。
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