【純電動物流車兩檔變速箱傳動比參數(shù)設(shè)計(jì)12000字（論文）】

純電動物流車兩檔變速箱傳動比參數(shù)設(shè)計(jì)摘要：隨著城市化發(fā)展程度的不斷提高和城市物流、配送產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對城市物流車的需求日益擴(kuò)大，純電動物流車由于零排放、低耗能等優(yōu)勢成為市場的首選車型，并得到國家的大力推廣與支持。本文對純電動物流車兩檔變速箱傳動比參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)純電動物流車整車參數(shù)、設(shè)計(jì)性能指標(biāo)，進(jìn)行驅(qū)動電機(jī)選型與參數(shù)匹配，重點(diǎn)是結(jié)合實(shí)際變速器參數(shù)，在計(jì)算得出的傳動比范圍內(nèi)對數(shù)值進(jìn)行選擇，最終確定兩檔變速器的傳動比，從而改善改善純電動物流車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞：純電動物流車；兩檔變速箱；傳動比；參數(shù)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u173451緒論 緒論日前，由于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的飛速發(fā)展，物流行業(yè)的工作范圍不再拘泥于傳統(tǒng)形式，而是逐漸走入每個人的生活，逐漸與每個人息息相關(guān)。資料顯示，越是交通發(fā)達(dá)的國家，汽車尾氣排放的污染物越嚴(yán)重。從數(shù)據(jù)上來看，汽車尾氣排放量已占大氣污染源的85%，根據(jù)預(yù)測，未來石油使用的年限僅有幾十年。在這種情況下，必須開發(fā)新能源才能促使能源永續(xù)利用，所以純電動汽車應(yīng)運(yùn)而生。純電動汽車的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）幾乎無污染，噪聲較小。純電動汽車行駛時不會有內(nèi)燃機(jī)汽車工作時產(chǎn)生的一些污染氣體，十分有益于環(huán)境的保護(hù)和空氣的潔凈。并且電機(jī)噪音相對于內(nèi)燃機(jī)要小很多，噪音在如今生活中也逐漸成為污染的一部分；（2）單一的能源。相對于傳統(tǒng)汽油車和混合動力汽車來說，純電動汽車使用的是單一的電能源，電動系統(tǒng)更為簡化，降低了成本；（3）結(jié)構(gòu)較為簡單，維修時會更方便。純電動汽車的結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車來說更為簡單，傳動等方面部件更少，不管是維修還是保養(yǎng)的工作量都會小很多；（4）能量轉(zhuǎn)換的效率更高。純電動汽車可以回收制動、下坡時的能量，提高能量的利用效率，有關(guān)方面的研究顯示，純電動汽車的能源效率已經(jīng)超過傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車。尤其純電動物流車需要在城市運(yùn)行，城市運(yùn)行時會存在走走停停，行駛速度不高等情況，這個時候純電動汽車更加合適。純電動汽車是典型的零排放車，許多清潔的可再生能源都可以高效的轉(zhuǎn)化成電能，大力發(fā)展電動汽車可以使汽車行業(yè)真正成為一個可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。我國純電動物流車主要應(yīng)用于郵政、快遞、電商和商超配送等短途城市物流配送市場，這幾年來，我國快遞業(yè)務(wù)量一直呈高速增長的態(tài)勢。這種增長的態(tài)勢為具有零排放和適合短途配送的特點(diǎn)的純電動物流車帶來了巨大的市場機(jī)會。城市配送是物流鏈條中最后一公里的配送，在整個供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)中起著極為重要的作用。但是傳統(tǒng)燃油車對城市的環(huán)境帶來了極大的污染，絕大部分城市對貨車進(jìn)城的時間和區(qū)域都有嚴(yán)格的限制。純電動物流車具有零排放、使用成本低的顯著優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為政府大力推廣的一種新型交通工具，在城市物流行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前純電動物流車多數(shù)是通過傳統(tǒng)燃油汽車改裝后生產(chǎn)的，在選擇動力系統(tǒng)部件時，只是以滿足動力性和續(xù)航里程要求進(jìn)行基礎(chǔ)匹配，并沒有到達(dá)最優(yōu)匹配，造成能量利用率低，影響整車的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)。純電動物流車在控制策略方面目前大多停留在實(shí)現(xiàn)一些簡單功能上，并且其中的部分控制策略在設(shè)計(jì)過程中并沒有充分考慮純電動物流車在實(shí)際使用過程中的特點(diǎn)，導(dǎo)致控制效果不理想。純電動物流車通常采用固定速比減速器，導(dǎo)致驅(qū)動電機(jī)經(jīng)常工作在低效率區(qū)域，增加了電能消耗，降低了整車?yán)m(xù)駛里程，同時提高了對驅(qū)動電機(jī)的性能要求。作為傳動系統(tǒng)的主要部分，變速器的研究一直是改善電動汽車性能尤其是經(jīng)濟(jì)性能的主要部分。采用兩檔變速器，從動力性來講，低速檔可以獲得更大的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，高速檔可以獲得更高的最高車速；從經(jīng)濟(jì)性來講，可以擴(kuò)大電機(jī)高效區(qū)的范圍，有效提高整車效率，延長續(xù)駛里程。因此，合理計(jì)算和選擇變速器的傳動比，對于改善純電動物流車的動力性和經(jīng)濟(jì)性，具有重要意義。本文以純電動物流車兩檔變速器為研究對象，根據(jù)整車參數(shù)和設(shè)計(jì)性能指標(biāo)，通過理論計(jì)算確定變速器傳動比的取值范圍，并結(jié)合實(shí)際變速器參數(shù)匹配選擇合適的變速器傳動比，旨在改善純電動物流車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。

2純電動物流車結(jié)構(gòu)分析與參數(shù)匹配2.1純電動物流車基本結(jié)構(gòu)純電動物流車的基本結(jié)構(gòu)包括動力電池、驅(qū)動電動機(jī)、控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、車輛底盤、車身和各種輔助設(shè)備等。相對于內(nèi)燃機(jī)來說，純電動物流車結(jié)構(gòu)比較簡單，但兩者的動力系統(tǒng)有很大的不同，傳統(tǒng)汽車的動力來源是內(nèi)燃機(jī)，它提供汽車所需的動力，通過空氣混合氣燃燒做功產(chǎn)生動能，能量由飛輪輸出，再由離合器、變速器和驅(qū)動橋傳遞，最后由驅(qū)動輪驅(qū)動汽車行駛。而純電動物流車的能量來源于動力電池，動力由電機(jī)傳遞到傳動系統(tǒng)，再傳遞到驅(qū)動輪。純電動物流車的動力系統(tǒng)可分為：電力驅(qū)動子系統(tǒng)、能量子系統(tǒng)和輔子助系統(tǒng)。純電動物流車動力系統(tǒng)工作原理見圖2-1所示。其中，雙線代表機(jī)械連接；粗箭頭代表電氣連接，箭頭方向代表動力電源流向；細(xì)箭頭代表控制連接，箭頭方向代表控制信號流向。圖2-1純電動物流車動力系統(tǒng)工作原理示意圖通過控制功率轉(zhuǎn)換器，電子控制器可以根據(jù)來自剎車踏板或加速踏板的信號，調(diào)整能量源與馬達(dá)之間的電流幅度和頻率，使之相匹配，從而調(diào)整馬達(dá)對傳動裝置的功率輸出。由于制動時產(chǎn)生反向功率流，將再生能量存儲于能源中，構(gòu)成了一種電動汽車能量回收系統(tǒng)。在能量管理系統(tǒng)方面，它與整車控制器共同控制制動能量的回收和利用；能源管理系統(tǒng)和充電單元也負(fù)責(zé)監(jiān)控能源的使用，控制對能源的充放電。其中的輔助子系統(tǒng)是通過輔助供能單元，為汽車空調(diào)、動力轉(zhuǎn)向等輔助設(shè)備提供能量，使其正常工作。電力驅(qū)動子系統(tǒng)、能量子系統(tǒng)和輔子助系統(tǒng)通過控制信號協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)電動汽車的整車工作，每一系統(tǒng)的性能都會對整車性能產(chǎn)出影響。通常通過對動力系統(tǒng)部件參數(shù)進(jìn)行合理匹配，達(dá)到提高整車性能的目的。由于受生產(chǎn)工藝和技術(shù)水平的限制，動力電池的初始性能就已經(jīng)決定了整車性能（續(xù)航里程）能否有所提高。除此之外，能量管理系統(tǒng)通過對動力電池的科學(xué)管理，可最大限度的發(fā)揮電池性能，實(shí)現(xiàn)電池的高效利用，保障電池安全和壽命，提高整車的安全性和整車的運(yùn)行效率。對于整車來說，電力驅(qū)動控制系統(tǒng)主要包括電力驅(qū)動模塊、車載電源及車輛輔助模塊。2.2純電動物流車整車參數(shù)純電動物流車是隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而衍生出的一種專用車輛，其主要針對的是物流行業(yè)，采用電驅(qū)動形式作為車輛的動力源。調(diào)研結(jié)果顯示車輛運(yùn)輸里程分布如圖2-2，可以看出運(yùn)輸里程主要集中在300km以內(nèi)。圖2-2純電動物流車物流運(yùn)輸里程分布結(jié)合純電動物流車單日運(yùn)距和國家及地區(qū)政府補(bǔ)貼政策，若純電動物流車?yán)m(xù)航里程可以達(dá)到130km，對于整車生產(chǎn)制造而言，可以較大幅度的降低成本。根據(jù)城市工況、物流特點(diǎn)的分析結(jié)論，設(shè)定純電動物流車最高車速為85km/h。由于純電動物流車是在傳統(tǒng)車型基礎(chǔ)上適應(yīng)性開發(fā)設(shè)計(jì)，因此整車主要尺寸參數(shù)與基礎(chǔ)車型相比基本不變。純電動物流車整車參數(shù)見表2-1所示。表2-1純電動物流車整車指標(biāo)參數(shù)名稱參數(shù)值整車質(zhì)量1350kg滿載總質(zhì)量2290kg外形尺寸4150mm*1620mm*1905mm迎風(fēng)面積A5.9m2風(fēng)阻系數(shù)CD0.7滾動阻力系數(shù)f0.016車輪滾動半徑r0.375m主減速比4.875機(jī)械系統(tǒng)傳動效率0.9純電動物流車整車基本性能指標(biāo)見表2-2所示。表2-2純電動物流車整車基本性能指標(biāo)參數(shù)名稱參數(shù)值最高車速≥85km/h最大爬坡度≥25%0-50km/h加速時間≤10s等速行駛里程≥180km城市工況行駛里程≥130km2.3驅(qū)動電機(jī)參數(shù)選擇驅(qū)動電機(jī)的性能直接決定了純電動物流車整車性能。選擇匹配的電機(jī)要能夠滿足車輛的最高車速、加速時間、最大爬坡度等要求。2.3.1電機(jī)選型驅(qū)動電機(jī)是純電動物流車動力系統(tǒng)組成的重要部分。按照結(jié)構(gòu)和工作原理可劃分為：直流電機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)。按照運(yùn)轉(zhuǎn)速度又可分為：高速電機(jī)、低速電機(jī)、恒速電機(jī)和調(diào)速電機(jī)。對于純電動物流車驅(qū)動電機(jī)的選擇需要滿足以下幾個要求：（1）過載要求。純電動物流車驅(qū)動電機(jī)需要有3~5倍的過載以滿足短時加速或爬坡；（2）最高轉(zhuǎn)速。純電動物流車驅(qū)動電機(jī)能夠提供的最高轉(zhuǎn)速應(yīng)能使汽車以4~5倍巡航車速行駛；（3）效率功率。純電動物流車驅(qū)動電機(jī)應(yīng)有較好的效率圖（在大部分轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都有較高效率），以延長續(xù)駛里程。除此之外還應(yīng)有較高功率密度；（4）可控性能。純電動物流車驅(qū)動電機(jī)要求穩(wěn)態(tài)精度高、工作可控性高、動態(tài)性能好。目前，應(yīng)用于純電動物流車的驅(qū)動電機(jī)主要有：直流無刷電機(jī)、交流感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)。永磁同步電機(jī)相比于其它驅(qū)動電機(jī)，具有很多優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)有利于電動車其它組成的布置。另一方面永磁同步電機(jī)的可控性能也較好。驅(qū)動電機(jī)優(yōu)異的控制性能對于自動變速器的換擋控制過程十分關(guān)鍵。因此，選取電機(jī)類型為永磁同步電機(jī)。2.3.2參數(shù)匹配電機(jī)的動力特性曲線如圖2-3所示，電動機(jī)工作區(qū)域分為基速以下恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，基速以上恒功率區(qū)，電機(jī)功率的匹配會影響到整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。若是設(shè)計(jì)的電機(jī)額定功率過小，則電機(jī)會長時間運(yùn)行在過載工況下且嚴(yán)重影響電機(jī)的使用壽命；若是額定功率過大則電機(jī)不能保持在高效區(qū)工作，而且電機(jī)的質(zhì)量和體積會增大，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益下降，因此合理匹配電機(jī)功率具有非常重要的意義。圖2-3電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與功率外特性示意圖（1）驅(qū)動電機(jī)功率在匹配計(jì)算中，通常先保證純電動物流車所能達(dá)到的最高車速來初步確定電機(jī)功率。車輛在平坦良好路面上，以最高車速勻速行駛，坡度阻力和加速阻力為零，由功率平衡方程（2-1）可得：（2-1）式中：——車輛以最高車速行駛時所需驅(qū)動電機(jī)功率（kW）；m——整車質(zhì)量（kg）；η——傳動系統(tǒng)機(jī)械效率；f——滾動阻力系數(shù)；A——車輛迎風(fēng)面積；——最高車速（km/h）；——風(fēng)阻系數(shù)。經(jīng)計(jì)算得出=32.57kW。（2）電機(jī)額定功率利用純電動物流車運(yùn)動學(xué)原理計(jì)算出純電動物流車運(yùn)行時的驅(qū)動力和行駛阻力平衡方程，得到在相應(yīng)指標(biāo)要求下的驅(qū)動電機(jī)需求功率限制值。常用車速就是車輛在穩(wěn)定運(yùn)行中出現(xiàn)頻率最高持續(xù)時間最長且效果穩(wěn)定的行駛速度。以常用車速行駛時，通過式（2-2）確定電驅(qū)動機(jī)的最小額定功率。（2-2）式中：——常用車速行駛時所需的電機(jī)功率（kW）；——車輛常用車速（km/h）。經(jīng)計(jì)算得出=19.09kW。（3）電機(jī)峰值功率峰值功率是驅(qū)動電機(jī)可以短時間達(dá)到的最大功率，處于過載區(qū)，不能長時間在該工況下運(yùn)行。電動機(jī)應(yīng)保證純電動物流車在某一最小車速（設(shè)計(jì)要求取17km/h）時能夠爬上一定的坡度i，此時電動機(jī)所需峰值功率可由式（2-3）得出。（2-3）式中：——爬坡時電動機(jī)的峰值功率（kW）；i——所爬坡坡度（%）。經(jīng)計(jì)算得出=45.16kW。（4）電動機(jī)功率的確定純電動物流車驅(qū)動電機(jī)的功率應(yīng)同時滿足前三式的要求，所以驅(qū)動電機(jī)的功率應(yīng)滿足（2-4）、（2-5）兩式。（2-4）（2-5）式中：——驅(qū)動電機(jī)功率峰值（kW）；——驅(qū)動電機(jī)的額定功率（kW）。（2-6）式中：——電動機(jī)的過載系數(shù)（一般取2～4）。在這里我們?nèi)‰妱訖C(jī)的過載系數(shù)為2，從而確定電機(jī)的峰值功率為40kW，額定功率是20kW。（5）電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇要考慮各方面的因素，過高轉(zhuǎn)速，造成對生產(chǎn)工藝有過嚴(yán)格的要求，并對變速器中的軸承和齒輪具有較強(qiáng)的抗沖擊和抗疲勞能力，增加了成本。同時還會增加機(jī)械損失，降低機(jī)械效率。電動機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)，是指電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速的比值范圍。與電機(jī)轉(zhuǎn)矩相關(guān)聯(lián)，該系數(shù)越大，電機(jī)低速的轉(zhuǎn)矩越大，車輛低速加速和爬坡能力就越強(qiáng)。但是，值過大，會造成功率損耗。因此2＜＜4。額定轉(zhuǎn)速的計(jì)算為：（2-7）式中：——電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（r/min）；驅(qū)動電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速（r/min）。經(jīng)過分析最終選擇了最高轉(zhuǎn)速nmax＝1600r/min，ne＝800r/min的電機(jī)。（6）電機(jī)轉(zhuǎn)矩電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩是由電機(jī)的額定功率和額定轉(zhuǎn)速確定的，計(jì)算公式為：（2-8）式中：——電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩（Nm）。通常最大轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的2～3倍。則電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為：（2-9）式中：電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩（Nm）。經(jīng)過計(jì)算，，。（7）電機(jī)額定電壓額定電壓是反映電機(jī)性能的重要參數(shù)，其電壓與車載電池組的電壓相關(guān)聯(lián)，同時電動機(jī)的電壓和額定功率成線性正比關(guān)系。合理的選擇電機(jī)額定電壓，可以節(jié)約成本，保護(hù)電路，提高能量轉(zhuǎn)換效率，對提高整車性能具有重要意義。結(jié)合電機(jī)的功率值，電動機(jī)的額定電壓確定為330V。

3純電動物流車兩檔變速箱傳動參數(shù)設(shè)計(jì)純電動物流車的行駛工況情況涵蓋面寬，當(dāng)車輛在不同的行駛工況下以不同的車速行駛時其所收到的阻力也會隨之發(fā)生變化，并且其變化范圍幅度也比較廣。為了保證純電動物流車能滿足這種情況下的運(yùn)行要求，僅僅通過驅(qū)動電機(jī)自身轉(zhuǎn)矩的變化實(shí)現(xiàn)較為困難，增大了驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)矩負(fù)載，因此需要對純電動物流車的傳動系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。另外，變速器的設(shè)計(jì)在考慮加工工藝和成本的基礎(chǔ)上，檔位數(shù)也不可過多，以免增加變速器的體積和重量，進(jìn)而影響整車性能。變速器的參數(shù)設(shè)計(jì)主要是指檔位數(shù)和傳動比的確定。3.1傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與變速器的選擇應(yīng)用于城市區(qū)域內(nèi)的純電動物流車在使用過程中，會遇到各種各樣的路況和行駛條件的變化，車速和行駛阻力也會不斷地變化。所以，單純依靠電動機(jī)力矩的變化是無法滿足汽車復(fù)雜多變的行駛要求的。為了更好的適應(yīng)行駛條件的變化，同時保證驅(qū)動電機(jī)能夠在高效率狀態(tài)下工作，并減輕動力電池的負(fù)荷，所以需要在驅(qū)動電機(jī)和驅(qū)動輪之間設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)。純電動物流車根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)位置的不同，可以把動力傳動系統(tǒng)布置為六種，見圖3-1所示。驅(qū)動電機(jī)-變速器布置型（b）驅(qū)動電機(jī)-固定速比減速器布置型（c）驅(qū)動電機(jī)與傳動同向布置型（d）雙電機(jī)布置型（e）輪邊電機(jī)布置型（f）輪轂電機(jī)布置型圖3-1純電動物流車動力傳動系統(tǒng)布置形式驅(qū)動電機(jī)-變速器布置型如圖（a）所示，此方案的傳動系統(tǒng)一般由驅(qū)動電機(jī)、離合器、變速器和差速器組成，這是純電動物流車傳動系統(tǒng)布置的常規(guī)形式。在此種形式中，內(nèi)燃機(jī)被電機(jī)和電池所代替，離合器、變速器和差速器的布置形式與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車一樣。離合器用于結(jié)合或者分離驅(qū)動電機(jī)與變速器，離合器和變速器也可以被自動變速器所代替，差速器的功能是滿足車輛轉(zhuǎn)彎時兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速不同的要求。驅(qū)動電機(jī)-固定速比減速器布置型，見（b），由于驅(qū)動電機(jī)在基速以上能夠提供相對恒定的功率，因此變速器可以被一個固定速比減速器所代替，并且離合器也可以省去。這種傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一方面可以節(jié)省機(jī)械傳動裝置的重量和體積，另一方面可以減少由于換檔所帶來的換檔沖擊。第三種傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與第二種傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較類似，不同之處在于驅(qū)動電機(jī)、固定速比減速器和差速器布置在驅(qū)動軸上，驅(qū)動系統(tǒng)被進(jìn)一步整合成一個整體，如圖（c）所示，整個傳動系統(tǒng)被大大簡化和集成化。從再生制動的角度出發(fā)，這種傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以很容易地實(shí)現(xiàn)電能從車輪到驅(qū)動電機(jī)的回收（驅(qū)動輪以外的動能通過制動轉(zhuǎn)化為熱能），所以有利于全輪驅(qū)動。由于沒有傳動裝置，所以沒有傳動裝置帶來的功率損失，但是這樣的布置形式對驅(qū)動電機(jī)提出了比較高的要求，需要配備能夠在低轉(zhuǎn)速提供大轉(zhuǎn)矩以及調(diào)速范圍廣的電機(jī)。第四種是雙驅(qū)動電機(jī)的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（d），驅(qū)動電機(jī)置于前軸兩個半橋上，分別控制和驅(qū)動兩側(cè)車輪，這種傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有大型的差速器橋包，因此可以降低質(zhì)心，但對驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制提出了很高的要求。為了進(jìn)一步簡化純電動物流車的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，牽引電機(jī)與車輪之間取消了傳統(tǒng)的傳動軸，由驅(qū)動電機(jī)直接驅(qū)動車輪前進(jìn)，如圖（e）所示。用一個單排的行星齒輪來降低驅(qū)動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，來達(dá)到減速增扭的目的，以此來滿足純電動物流車在不同工況下運(yùn)行的功率要求。單排行星齒輪不僅可以提供良好的減速比，而且還具有線性輸入和輸出的特性。在完全舍棄驅(qū)動電機(jī)和驅(qū)動輪之間的機(jī)械傳動裝置后，將電機(jī)的外轉(zhuǎn)子直接接在驅(qū)動輪上，驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制與車輪的轉(zhuǎn)速控制融為一體，這樣就構(gòu)成了輪轂電機(jī)驅(qū)動，這種傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)甚至取消了機(jī)械機(jī)構(gòu)，如圖（f）所示。由于輪轂電機(jī)驅(qū)動和輪邊電機(jī)驅(qū)動比較相似，都需要通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)純電動物流車的曲線行駛，所以對驅(qū)動電機(jī)相應(yīng)的控制策略要求較高；并且由于這種布置方式需要把電機(jī)安裝在純電動物流車的輪轂上，所以對電機(jī)的尺寸也提出了很高的要求?，F(xiàn)在市面上常見的電動汽車兩檔變速器有AMT結(jié)構(gòu)和DCT結(jié)構(gòu)。由于采用DCT結(jié)構(gòu)時變速器只有兩個檔位，此時雙離合器結(jié)構(gòu)會使成本增加很多，所以本文設(shè)計(jì)時決定采用AMT結(jié)構(gòu)的兩檔變速器。AMT變速器也叫自動變速器，自動變速器（AMT）可以根據(jù)駕駛員指令和油門踏板等參數(shù)確定最佳檔位，代替原來由駕駛?cè)巳斯げ僮鞯碾x合器的分離與接合、換檔時手柄的摘檔與掛檔等一系列的操作，最終實(shí)現(xiàn)換檔過程中操縱的自動化。自動變速器（AMT）具有傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、易于制造和操縱方便等優(yōu)點(diǎn)。它的工作原理是在機(jī)械變速箱原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的，主要的改變部分是手動換檔的操縱部分。實(shí)際上自動變速器（AMT）就是在總體傳動情況不變的條件下，加裝智能控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)換檔的自動化。自動變速器（AMT）與傳統(tǒng)的變速器相比，具有操作更方便、智能換檔、動力更強(qiáng)等特點(diǎn)。而且由智能系統(tǒng)控制，可以更準(zhǔn)確的掌握換檔時間，具有更高的安全性，生產(chǎn)成本和維護(hù)成本也會更低。但是采用自動變速器（AMT）時，需要使用到同步器，換檔時沖擊較大，此時可以在原有的自動變速器（AMT）的基礎(chǔ)上增加電磁離合器，取消傳統(tǒng)的同步器，解決換檔時沖擊大的問題綜上所述，本文所設(shè)計(jì)的純電動物流車是在已有的燃油車的基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計(jì)的，故采用的是圖3-1中第一種的基本結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)的是兩檔的變速器，并帶有電磁離合器。3.2傳動系統(tǒng)特性分析傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，由于受制于發(fā)動機(jī)調(diào)速范圍較窄的缺陷，其轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性不夠理想，通常需要配備變速器對發(fā)動機(jī)的工作區(qū)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得在各檔位下發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩外特性包絡(luò)線盡量接近于理想的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性曲線，如圖3-2所示。圖3-2發(fā)動機(jī)檔位外特性對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，增加檔位的目的一方面是為了拓寬內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍，另一方面是為了讓內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速落在其高效率區(qū)。無論是內(nèi)燃機(jī)還是電機(jī)，它們的輸出都是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，所以從這個角度來講，純電動物流車增加檔位同樣可以達(dá)到這樣的目的。純電動物流車驅(qū)動電機(jī)的外特性如圖3-3所示，與理想的驅(qū)動特性場形狀非常相似，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速在基速以下時，可以獲得恒定的大轉(zhuǎn)矩輸出；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于基速點(diǎn)后，電機(jī)則工作在恒功率區(qū)。圖3-3驅(qū)動電機(jī)外特性對于配備高速電機(jī)的純電動物流車，其通常采用的是固定速比的一檔變速器，這種方式雖然省去了多檔變速器帶來的重量和布置問題，在結(jié)構(gòu)和成本上具有優(yōu)勢，但是這種傳動系統(tǒng)布置方式對驅(qū)動電機(jī)提出了較高要求，不僅需要電機(jī)具備很強(qiáng)的調(diào)速能力，還需要電機(jī)具備一定的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)能力；而且采用這種傳動系統(tǒng)布置方式還有一個很大的問題，就是純電動物流車整車總的傳動比是固定的，當(dāng)純電動物流車以中等車速行駛時，驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常會落在低速大負(fù)荷區(qū)和高速低負(fù)荷區(qū)，這樣就大大降低了驅(qū)動電機(jī)的輸出效率，從而對純電動物流車的續(xù)駛里程造成負(fù)面影響。正是由于上述原因，低扭矩電機(jī)搭配多速變速器的傳動方案逐漸被人們所采用，多檔純電動物流車的電機(jī)外特性曲線如圖3-4所示：圖3-4多檔純電動物流車電機(jī)外特性低速電機(jī)搭配多速變速器的傳動方案，因?yàn)榭梢酝ㄟ^增加檔位對最大傳動比和最小傳動比進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以一方面可以使純電動物流車在低速時獲得更大的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，提高純電動物流車的爬坡性和加速性；在高速時可以使純電動物流車獲得更高的穩(wěn)定車速，從而彌補(bǔ)低速電機(jī)調(diào)速范圍窄的缺陷。另一方面，采用多速變速器的純電動物流車由于檔位數(shù)的增加，可以使電機(jī)工作點(diǎn)盡量落在基速附近，提高驅(qū)動電機(jī)的輸出效率；并且這種傳動方案由于采用低速電機(jī)，會大大減小驅(qū)動電機(jī)的體積和重量。從以上分析可以看出，低速電機(jī)搭配多速變速器的傳動方案明顯優(yōu)于高速電機(jī)搭配固定速比一檔變速器的傳動方案。3.3傳動系傳動比范圍變速器設(shè)計(jì)前要對傳動系統(tǒng)的傳動比進(jìn)行匹配。電機(jī)的輸出性能一定的前提下，傳動比的選擇主要取決于汽車的動力性。對于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車，檔位數(shù)越多，相應(yīng)的增加了發(fā)動機(jī)工作在高性能區(qū)域的可能性，進(jìn)而提高了汽車的行駛經(jīng)濟(jì)性。相比之下，電動汽車的動力來自驅(qū)電動機(jī)，電動機(jī)具有較寬的工作范圍。電機(jī)特性為低速恒轉(zhuǎn)矩，高速恒功率，適合汽車的運(yùn)行，并不需要過多檔位。過多的檔位增加變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。固定速比的變速器并不能滿足電機(jī)常工作于高效率區(qū)。所以本文設(shè)計(jì)變速器具有兩個檔位?？梢允菇Y(jié)構(gòu)的簡單，成本低，控制容易。同時又能滿足汽車經(jīng)濟(jì)性的要求。對于傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要保證滿足純電動物流車最大爬坡度和最高車速的要求，同時盡可能的可以增加續(xù)航里程。傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括變速器和主減速器的設(shè)計(jì)。傳動系傳動比參數(shù)主要由純電動物流車動力性的要求來確定，以此來滿足純電動物流車起動、加速、爬坡等性能要求。最小傳動比取決于最高車速，最大傳動比取決于純電動物流車的最大爬坡度。為保證車輛能在最高車速正常行駛，需保證驅(qū)動輪輸出的驅(qū)動力大于車輛最高車速行駛時遇到的行駛阻力，根據(jù)此確定最小傳動比的下限。根據(jù)純電動物流車以最大車速85km/h行駛時，受到的行駛阻力，電動機(jī)以最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，輸出的最大扭矩，來確定傳動系速比的下限為：（3-1）式中：——為最高車速（km/h）；——傳動效率；——為驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)矩（Nm）；——純電動物流車最高車速時所對應(yīng)的行駛阻力（N）。通過前文分析：最高車速為85km/h，傳動效率為0.9，驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)矩為480Nm，將上述參數(shù)帶入到式（3-1），即可得出≥4.7。一檔傳動比不宜過小，否則電機(jī)容易超負(fù)荷運(yùn)行，繼而導(dǎo)致加速性能不佳、噪聲和振動大的狀況；一檔傳動比也不宜過大，否則燃油經(jīng)濟(jì)性可能下降，并且電機(jī)高速運(yùn)行時噪聲也會增加。根據(jù)電動純電動物流車最大爬坡度對應(yīng)的行駛阻力和驅(qū)動電機(jī)低轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩來確定傳動系速比下限為：（3-2）式中：——爬最大坡度時的行駛阻力（N）；——機(jī)械傳動效率；——滾動阻力（N）；——空氣阻力（N）；——坡度阻力（N）；——電動機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩（Nm）；——最大爬坡度。計(jì)算結(jié)果可以得出≥5.9。根據(jù)最大爬坡度確定了傳動系最大傳動比下限后，還需根據(jù)附著條件判斷最大傳動比的上限，即作用在驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩引起的地面切向反作用力需要滿足小于附著力的要求，避免發(fā)生驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象；如根據(jù)附著條件確定的最大傳動比上限小于根據(jù)最大爬坡度確定的下限值時，需要對車身結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。電機(jī)轉(zhuǎn)速通過傳動系最小傳動比輸出使車輪獲得的轉(zhuǎn)速需滿足車輛設(shè)計(jì)最高車速的要求，所以依據(jù)最高設(shè)計(jì)車速和電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速確定最小傳動比的上限。由電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和最高車速決定傳動系傳動比的上限，計(jì)算公式如下：（3-3）（3-4）其中，——最高車速（km/h）；r——車輪滾動半徑（m）；——電機(jī)最高轉(zhuǎn)速（r/min）；——變速器的傳動比；——主減速器的傳動比。計(jì)算可得i≤7。綜合以上分析可以得出，5.9≤≤7。3.4傳動系檔數(shù)的確定由于電機(jī)的機(jī)械特性與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械特性存在區(qū)別，所以在對純電動物流車的檔位數(shù)進(jìn)行確定時，需要考慮電機(jī)的機(jī)械特性。純電動物流車檔位數(shù)的確定，一方面要考慮純電動物流車以常規(guī)車速等速行駛時的功率平衡點(diǎn)，另一方面要考慮純電動物流車以最高車速行駛時的功率平衡點(diǎn)。各檔位之間的傳動比應(yīng)按等比級數(shù)分配，且比值過大會造成換檔困難。檔位數(shù)的增加有利于增大利用電動機(jī)最大功率的機(jī)會，提高汽車的動力性能，也能相應(yīng)增大電動機(jī)在最佳效率區(qū)工作的機(jī)會，提高汽車的續(xù)駛里程。但由于電機(jī)的調(diào)速特性較好，純電動汽車傳動系的檔位數(shù)不易過多，一般情況下不超過三個檔位，否則會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，增大整車的質(zhì)量，同時也增加整車的成本。檔位的選擇應(yīng)該滿足如下原則：一檔傳動比應(yīng)該滿足汽車的爬坡性能，同時要兼顧電機(jī)低速區(qū)工作的效率；二檔的傳動比應(yīng)該滿足汽車行駛的最高車速，同時盡量降低電機(jī)輸入軸的轉(zhuǎn)速，兼顧電機(jī)高轉(zhuǎn)速工況下的效率。在確定主減速器速比后之后要利用確定的主減速器速比與整車設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行整車動力性能相關(guān)計(jì)算，來進(jìn)行傳動系檔位的選擇。本文選自采用兩檔變速器，根據(jù)各檔傳動比比值一般不大于1.8，否則會造成換擋困難。依據(jù)上一小節(jié)的計(jì)算結(jié)果，變速器Ⅰ檔的傳動比是傳動系速比最大值7，用來起步和爬坡；傳動系速比的最小值5.9是變速器的Ⅱ檔的傳動比，正常行駛時使用。通過計(jì)算車輛的最高車速和最大爬坡度來驗(yàn)證所選擇的傳動比是否能夠滿足整車的要求。整車動力性要求中，最高車速為85km/h，此時變速器置于Ⅱ檔，純電動物流車在平直路面上行駛，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：（3-5）電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和車輪上的驅(qū)動力大小的計(jì)算為：（3-6）（3-7）根據(jù)車輛勻速行駛動力學(xué)方程：（3-8）通過計(jì)算，≥，滿足最高車速的要求。此時變速器置于Ⅰ檔，假設(shè)車速為17km/h，根據(jù)車輛的行駛阻力方程：（3-9）當(dāng)爬坡度為25%時，通過計(jì)算，≥，滿足最大爬坡度的要求。4兩檔變速箱傳動比對純電動物流車性能的影響純電動物流車的唯一能量源動力電池，但目前動力電池的能量密度低，不能在儲存足夠能量的前提下仍保持合理的尺寸和質(zhì)量，且充電時間普遍相對較長；同時純電動物流車主要運(yùn)行在城市工況中，起步、加速、制動頻繁，這些因素共同決定了純電動物流車對經(jīng)濟(jì)性有更高的要求。在動力電池和驅(qū)動電機(jī)現(xiàn)有技術(shù)水平下，對純電動物流車傳動系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化是提高整車經(jīng)濟(jì)性的有效方法。結(jié)合前文設(shè)計(jì)方案，本章檢驗(yàn)兩檔變速箱傳動比對純電動物流車性能的影響。純電動物流車相對普通純電動乘用車整車質(zhì)量大，為滿足動力性要求需要的驅(qū)動力較大，因此對電驅(qū)動系統(tǒng)的牽引能力提出了更高的要求。對于直驅(qū)式純電動物流車，為實(shí)現(xiàn)更高的牽引能力只能通過提高驅(qū)動電機(jī)調(diào)速和調(diào)矩的能力，采用峰值功率更大的驅(qū)動電機(jī)，但是這樣會增加電機(jī)的尺寸和重量。純電動物流車在起步和爬坡時需要較高的轉(zhuǎn)矩，對于直驅(qū)式電動物流車，動力電池作為整車的動力源需提供很高的電流來滿足驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)矩需求，這種高電流對動力電池的充放電循環(huán)次數(shù)和電機(jī)的壽命都有較大的影響。同時采用固定速比減速器的直驅(qū)式純電動車會導(dǎo)致能耗嚴(yán)重，電機(jī)工作點(diǎn)與車速直接關(guān)聯(lián)，在中等車速和額定轉(zhuǎn)矩點(diǎn)附近位于高效區(qū)的同時，通常會使得更多的電機(jī)工作點(diǎn)落在低速大負(fù)荷區(qū)和高速低負(fù)荷區(qū)，降低了系統(tǒng)的綜合效率，導(dǎo)致續(xù)駛里程大大減少，要想維持既定的續(xù)駛里程，需通過增加動力電池的容量?；谏鲜鰡栴}的考慮，越來越多的人開始研究兩擋變速器在純電動車上的應(yīng)用。采用兩擋變速器，從動力性來講，低速擋可以獲得更大的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，提高整車的爬坡和低速加速性能，高速擋可以獲得更高的最高車速，擴(kuò)大電機(jī)調(diào)速范圍。從經(jīng)濟(jì)性來講，可以將原先單一的高效區(qū)擴(kuò)展至兩個，擴(kuò)大了高效區(qū)的范圍，使更多的電機(jī)工作點(diǎn)落于高效區(qū)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)整車系統(tǒng)效率的有效提高，降低能耗水平。研究表明，為獲得相同的動力性，采用兩擋變速器的純電動車可以降低對驅(qū)動電機(jī)峰值功率的需求，從而減輕驅(qū)動電機(jī)的重量，同時可以減少動力電池的峰值放電功率值，因此在選擇動力電池時可以選擇高比能量的電池，使動力電池在相同重量的條件下，增加了總能量，進(jìn)一步使續(xù)駛里程得到延長。如果單純的從調(diào)節(jié)電機(jī)工作點(diǎn)方面出發(fā)，變速器具有的擋位數(shù)越多，電機(jī)工作在高效率區(qū)的概率也越大，可以提高純電動車的經(jīng)濟(jì)性能，增加續(xù)駛里程。但與驅(qū)動電機(jī)連接的變速器的擋位數(shù)也不宜太多，最好不應(yīng)超過兩個，否則會使傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，維修成本上升，質(zhì)量增加，傳動效率降低，最終惡化純電動物流車的綜合性能。通過對純電動物流車兩種變速器動力性能進(jìn)行比較，兩檔變速器的最大車速、最大爬坡度和百公里加度時間分別提升了10.6%、23%和3.5%。表明兩擋變速系統(tǒng)比固定速比變速器系統(tǒng)在動力性能方面有相當(dāng)程度的改善。綜上所述，目前匹配兩擋變速器已經(jīng)成為純電動物流車的發(fā)展趨勢，國內(nèi)外純電動物流車公司都正在加緊研發(fā)輕量化、小型化的純電動車專用變速器。

5結(jié)論純電動物流車是隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而衍生出的一種專用車輛，其主要針對的是物流行業(yè)，采用電驅(qū)動形式作為車輛的動力源。在電動機(jī)的驅(qū)動技術(shù)及電池能量儲存技術(shù)取得較大突破的當(dāng)前時期，對純電動物流車的動力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行匹配研究，是提升純電動物流車動力性和經(jīng)濟(jì)性的一種十分有效的方式。本文根據(jù)國家純電動乘用車標(biāo)準(zhǔn)，確定純電動物流車的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在滿足純電動物流車設(shè)計(jì)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，對純電動物流車的驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行選型，并完成純電動物流車的相關(guān)參數(shù)匹配，并根據(jù)變速器傳動比以及電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)設(shè)計(jì)的原則，對傳動系統(tǒng)的相關(guān)部件進(jìn)行合理的選型及參數(shù)設(shè)計(jì)。通過純電動物流車兩檔變速箱傳動比參數(shù)設(shè)計(jì)，最終滿足了純電動物流車的整車性能要求，具有一定的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

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