纯电动汽车两挡电驱换挡模块的设计

纯电动汽车两挡电驱换挡模块的设计1两挡电驱设计驱动视界电驱多挡化能够提高整车的动力性及经济性，是电驱的发展方向。目前两挡电驱多采用同步器换挡，此过程会出现动力中断。通过电液控制模块配合离合器可实现两挡切换过程无动力中断，同时采用电子双联泵、蓄能器、离合器直驱电磁阀、单向阀等设计可有效降低能耗。利用AMESim软件对电液控制模块性能进行仿真，结果显示仿真精度和响应时间等均满足要求；将电驱总成在台架上进行性能实测，试验结果显示测试精度、响应时间及换挡性能均满足要求。精雕壳体、快速铸造、透明/剖切展机找无锡胜手机微信号)驱动视界目前纯电动汽车大多采用固定速比的减速器，为了获得较好的百公里加速时间，通常速比设计得较大，但是高速工况时，大速比会使电机转速升高、电能消耗增大、续驶能力缩短，使车辆的动力性与经济性无法被很好兼顾。采用两挡电驱，可以设置两个速比，大速比用于提高车辆加速和爬坡能力，小速比用于高速巡航工况，以此降低电耗提高车辆续相关研究显示，相同工况下，两挡变速器相比单挡，百公里起步加速性能提升3%,0～60km/h起步加速性能提升15%,最大爬坡度提升17%,高速工况下驱动电机的运行转速大幅降低，更多运行点进入高效区，综合工况下能耗降低5%,并在相同最高同时，两挡化是新能源电驱的发展趋势之一，《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中明确提到，两挡变速器是电驱动总成领域实现两挡化必须增加换挡模块，换挡模块的设计直接影响车辆动力性和驾驶舒适性。精雕壳体、快速铸造、透明/剖切展机找无锡胜手机微信号)驱动视界1.两挡电驱设计1.1传统两挡电驱目前已量产的两挡电驱较少，以某款两挡电驱为例说明动力传递电机输入轴上设置有两个齿轮，通过电机驱动换挡拨叉带动同步当车辆处于低速、爬坡等高扭矩工况时，采用1挡行驶，如图1(a)所示；当车辆处于高速工况时，采用2挡行驶，如图1(b)(a)1挡动力流精雕壳体、快速铸造、透明/剖切展机找无锡胜手机微信号)驱动视界驱动电机电驱换挡过程类似传统手动挡，同步器只有从一个挡位完全退出后才可以挂入另一个挡位，但这样会出现动力中断，所以两挡电驱通常作为辅助驱动搭配四驱系统使用。为此，设计一款无动力中断的两挡电驱，可以单独驱动车辆。精雕壳体、快速铸造、透明/剖切展机找无锡胜手机微信号)驱动视界1.2无动力中断两挡电驱无动力中断的两挡电驱采用平行轴同轴设计，中间轴集成两个湿式离合器，控制两个挡位齿轮的接合和断开。进行换挡时，一个挡位的离合器扭矩逐渐减小，另一个挡位离合器的扭矩逐渐增大，但始终保持动力输出，不出现动力中断。两个挡位分别为低速挡1挡和高速挡2挡。低速、爬坡等高扭矩工况采用1挡，动力传递过程如图2(a)所示；高速工况时采用2挡，动力传递过程如图2(b)所示。2挡离合器1挡离合器精雕壳体、快速铸造、透明/剖切展机找无锡胜手机微信号)驱动视界1.3无动力中断两挡电驱的换挡模块1挡与2挡切换通过换挡模块实现，采用电液控制形式，其内部零件如图3所示。电液控制分为高压和低压两部分，高压控制离合器腔液压力，推动执行器压紧多片式离合器实现扭矩传递；低压用于冷却润滑，调节主油路和外冷却循环回路的油量分配。其中，油泵采用电子双联泵设计，即一个电机带动两组油泵齿轮，分别向高压油路和低压油路提供油液，可根据系统需求实时调节转速达到动态调整流量的目的；高压蓄能器具有系统压力保持功能，可以降低油泵的能力需求，避免油泵不停歇持续工作，从而降低系统能耗。精雕壳体、快速铸造、透明/剖切展机找无锡胜手机微信号)2驱动视界电液控制原理如图4所示。1挡离合器离合器电磁阀泄压阀蓄能器单向阀2挡离合器离合器电磁阀热交换器低压泄压阀.n图4电液控制原理电子双联泵中高压油路输出的压力油经过高压过滤器后分为两路，一路连接至主油路电磁阀组件的供油口，另一路通过单向阀后连接至主油路蓄能器组件为其充油。主油路电磁阀安装在上阀板中，主油路电磁阀出油口连接至冷却油道；主油路蓄能器组件安装在上阀板上。油泵启动后，高压油进入主油路电磁阀的进油口，此时主油路开关电磁阀如果关闭则高压油为蓄能器充油。主油路上布置有压力传感器，用于检查主油路的油压，当油压达到蓄能器工作的最高压力时，表明蓄能器中油已充满，此时主油路电磁阀开启，多余油液补充至低压油路用于润滑。精雕壳体、快速铸造、透明/剖切展机找无锡胜手机微信号)驱动视界由于存在单向阀，蓄能器内部油液不会回流泄压。蓄能器为活塞充气式，布置在主油路中，当主油路压力升高时，其储备主油路中部分能量，当主油路压力降低时，其将储备的能量释放到离合器中，维持离合器油压。蓄能器连接1挡和2挡离合器直驱电磁阀组件。当离合器电磁阀组件收到电驱控制单元的打开信号时，蓄能器内油液通过离合器直驱电磁阀组件传递到离合器执行机构，控制1挡和2挡离合器接合或断开，实现动力切换。通过调整离合器电磁阀的电流大小，可调整离合器开度，动态调节离合器压力和传递的扭矩。泄压阀组件可以控制油路压力稳定在合理范围。当系统油压超过极限压力时，泄压阀进行排油，保护整个液压控制系统稳定。精雕壳体、快速铸造、透明/剖切展机找无锡胜手机微信号)驱动视界2.性能仿真采用AMESim软件分别对1挡和2挡离合器的压力进行仿真，包括阶跃、步进扫掠、响应时间和换挡操作。软件的输入条件为：(1)油泵流量，4.5L/min;(2)温度，90℃。1挡和2挡离合器的压力阶跃仿真结果如图5所示。精雕壳体、快速铸造、透明/剖切展机找无锡胜手机微信号)压力/MPa压力/MPa驱动视界压力/MPa压力/MPa(b)2挡离合器的压力阶跃仿真由图5(a)、(b)可知，1挡和2挡离合器的压力变动范围为0～2.1MPa,整个过程中压力波动不明显。1挡和2挡离合器的压力步进扫掠仿真结果如图6所示。(a)1挡离合器的压力步进扫掠仿真压力MPa驱动视界压力MPa(b)2挡离合器的压力步进扫掠仿真图6离合器的压力步进扫掠仿真可知，1挡和2挡离合器的压力爬升过程中压力波动不明显，满足目标要求。1挡和2挡离合器的压力响应时间仿真结果如图7所示。精雕壳体、快速铸造、透明/剖切展机找无锡胜手机微信号)压力/MPa压力/MPa驱动视界压力/MPa压力/MPa(a)1挡离合器的压力响应时间仿真图7离合器的压力响应时间仿真压力/MPa驱动视界压力/MPa可知，1挡和2挡离合器的压力响应时间分别为0.11s和0.12s,满足目标要求。车辆空挡与行车挡的换挡仿真过程如图8所示，换挡动作在0.4s内完成，满足换挡响应时间要求。时间/s精雕壳体、快速铸造、透明/剖切展机找无锡胜手机微信号)驱动视界3.试验验证将电液模块、离合器总成、齿轴等部件装配到电驱总成后，将电驱总成放置在总成性能测试台架上进行测试，如图9所示。总成测试台架包含环境舱，可对润滑油温度进行调节，温度传感器实时监测油温。在液压模块1、2挡离合器执行器腔安装压力传感器，实时监测管路压力。台架电机带动齿轴转动，进行搅油润滑。图9电驱总成性能台架测试在60℃油温下，对1、2挡离合器的压力分别进行阶跃、步进扫掠、响应时间和换挡测试，如图10～13所示。(a)1挡离合器的压力阶跃测试(b)2挡离合器的压力阶跃测试图10离合器的压力阶跃测试压力/MPa压力/MPa驱动视界压力/MPa压力/MPa(a)1挡离合器的压力步进扫掠测试(b)2挡离合器的压力步进扫掠测试(a)1挡离合器的压力响应时间测试图12离合器的压力响应时间测试压力/MPa时间/s(a)升挡工况测试驱动视界由图10可知，阶跃测试中1、2挡离合器压力稳定，未见异常。由图11可知，步进扫掠测试中1、2挡离合器压力稳定，未见异由图12可知，响应时间测试中1、2挡响应时间均为0.1s,均满由图13可知，在典型换挡工况测试中，升挡工况与降挡工况过程离合器的实际压力跟随油压命令，满足离合器传扭需求，无动综上所述，此款电液控制模块具有如下特点：(1)换挡无动力中断，扭矩始终保持输出；(2)换挡响应快；(3)电子双联泵设计实现了高压换挡和低压润滑，节省了空间及成本；(4