悉尼科技大学章农教授:电动汽车变速器和换档控制研究 发布时间:2020-03-17
经国务院批准,世界新能源汽车大会将于2019年7月1日至3日在海南博鳌隆重举行。会议重点关注全球汽车产业的转型升级和生态环境的持续改善。通过汇集世界各地专家和行业精英的智慧,会议将讨论新能源汽车在技术创新、产业创新、政策创新、市场模式创新等领域的成功经验和发展趋势。凝聚行业共识,明确汽车产业转型升级方向,探索电气化、智能化、共享化协调发展的有效路径。悉尼科技大学教授章农在“先进电力驱动技术”专题峰会上发表演讲如下:

谢谢龚的介绍。很荣幸有这个机会和你分享我的研究。现在我在悉尼科技大学有两个团队。这些工作有些是在悉尼科技大学完成的,有些是在河北工程大学完成的。该报告分为四个部分进行分享:
首先,为什么我们需要电动汽车的变速器?一点背景;
第二,对于电动汽车的总功率利用的能量管理的想法是什么,以及有传输后能量管理的特殊之处是什么?
第三,前面的发言者没有提到换档的任何问题。如果换档容易,可以有两个以上的档位和三个以上的档位。齿轮越多,就越方便。可以肯定的是,换档在技术上具有挑战性。
第四,换挡由双电机输入。双电机输入可切换驱动模式。驾驶模式转换应注意什么?
这是传统道路上的电动汽车使用的。我们称之为一档固定速比的驱动系统(直接驱动)。当然,直接驱动肯定有简单、低成本和良好控制的优点,但缺点是什么?缺点是加速功率不好,一般来说,它的驱动效率在整个行驶范围内不是最佳的,这是一个明显的特征。业内人士是否都同意我们的孙逢春院士也在这个领域做了研究?简而言之,他得出结论,机械变速箱将成为未来新能源汽车的标准。他认为,如果做得好,少挡的变速箱可以成为电动汽车的标准。著名专家徐老师(来自中国北方航空公司)也作了介绍。这方面的表现将在后面讨论。数据分析将在以后从驾驶性能、动力性能和效率的提高进行。业内专家都认为将使用联合变速箱。如果我设置汽车的主要参数,最大速度是多少?在设定了每100公里的加速时间、爬坡能力和行驶里程后,我刚才使用的第一个档位现在用在这个范围内,行驶点是两个档位。这个范围就是电机的高效率,特别是当电机处于两个档位时,它基本上可以锁定电机的高效率。这对性能有好处,对提高加捻性能也有好处。与一档相比,最大速度提高了38%,加速时间节省了6.6%,爬坡性能提高了24%,续航能力分别达到6和7档。让我们看看另一辆车,并与B级和E级车进行比较。我们在各个方面比较了城市工作条件的效率。我们使用了两个齿轮,比第一个齿轮高16%。如果我们使用三档和四档,成本将会降低。使用E档时,效率提高了10%。三档没有这样的变化。4档有明显的变化。这是我们用的一个特例。这可能不完全正确。至少,我们已经解释了区别。我们一定会达到成本。成本的好处是什么?这个数据有点旧了,电池的成本价一直在下降。我们可以用6档使电池变小,电池节省成本,同样的里程,电池节省4000美元,两个变速器需要增加这么多,但总成本会下降。你说我吹嘘说成本降低了40%左右,这个数字不一定准确,但有余地。
我今天的责任不在于成本会降低多少。我将讲述在汽车中遇到双速或多速变速箱时,如何使用控制方法来实现换档平衡和换档能量管理优化。实现能源管理的最优化。中国有人做双速变速器吗?是的,蔡一直使用双速变速器,宜宾和清华大学的另一个团队现在开始使用纯电动汽车。什么是常见的取决于使用什么类型的传输。你需要缩短功率并满足功率需求,这是一个矛盾。这需要一个折衷的解决方案,包括最小的动力损失、最小的换档时间、减少冲击,并且冲击对于换档平衡非常重要。当你看手动档时,很明显你可以跳过汽车,但是对于电动汽车,普通司机不能接受这种情况。使用多档变速器后存在可靠性问题,有时不能多次接合,这与设计机构设定的校准有关。当纯电动汽车由空气驱动,直接驱动系统被两个波取代时,它还能由什么制成呢?双电机构成总功率倍增,这不同于分布式驱动。如果电机相对较大,电机实际上分为两部分。前轮装置有两个电机的输入。对于机械来说,用两个电机驱动是一种模式,用一个电机驱动是一种模式,用另一个电机驱动也是一种模式。它确实需要高功率和高扭矩两种模式来驱动车辆。这种模式在公共汽车或公共汽车上。如果控制方法做得好,控制效率会高得多。这是前轮。前轮非常紧凑,控制良好。它也是双电极输入。你用平衡轴。我们对两种典型的功率倍增器做了一些仿真分析和比较,给你一个分析。我刚才说的是有四种类型。对于纯电动汽车,有直接驱动,如果不是直接驱动,将改为两个齿轮,双电机驱动将有两个齿轮。这是一个模块。能源管理方面有哪些创新可以进一步提高效果?
我列出了四个。这是传统直接驱动的总功率倍增。这不是直接驱动。我增加了两个档位,这样第一档和第二档可以切换。双电机的输入是二档,但机械结构不同。这是一个平行轴。这是一个排轮。行轮的优点是不中断和更好的行驶控制。根据汽车的要求,爬坡性能不应低于40%,最大速度应为100公里,100公里的加速时间应小于10秒,汽车的总功率应为100千瓦,或最大驱动力矩应为300牛顿,并应进行四个功率的总乘法的仿真计算,从零加速到180公里/小时。如果第一直接驱动系统的恒定速比扭矩的变化是这样的,这里是该位置的扭矩功率。如果换到两个档位,扭矩会增加很多,驱动扭矩会增加很多,在某个阶段会下降。所以你可以从这里看到,这条红线上的驾驶性能是最好的。我用排挡。线齿轮是紫色线。它的驱动扭矩最小,但也达到了加速度。我在哪里使用平行轴?我想到的扭矩也相对较大。就加速性能而言,红线肯定更好,但就能耗而言,紫线实际上具有最佳能耗,并且能耗较小,可以满足您的要求。这个结果是不同的。这个结果是怎么产生的?一定有一些优化方法。这部分没有提到。他们大多数来自技术领域。如果是学校,你可以读一篇博士生的文章。
看着结果,我们比较了两种常用的工作条件。这种工作条件与大家提到的综合工作年相比较,在欧洲也用于循环工作条件。四种工作条件中效率最高的是蓝线。这条蓝线只是说使用双电机输入,线轮系统的效率最好,其次是带平衡轴的双电机输入,红线代表纯电力的总倍增,但使用的双速变速器不是双输入,而是单输入,黑线是最差的,这一点很明显。当换到另一种工作状态时,结果更明显。显而易见,双电机输入作为总乘法比单电机输入高得多,并且双电机输入的驱动模式可以改变,从而为您提供了很大的自由度。原因是看工作点。工作点是电机有更有效的工作点。我们的模拟技术有所简化,但它只是一种方式,不能说是完全假设的。不同的总功率倍增和齿轮箱配置也可以获得不同的能量优化结果。接下来,我们将讨论换档,如何在换档过程中最大限度地减少动力中断,最大限度地减少冲击,并使振动平稳。我们也在这里提出了一个新的同步器。我是一个犬齿同步器。这里面有专利。该专利已经在中国获得专利,使用进口环。事实上,你可以看看引入环。它可以缓冲我的冲击力。我把离合器分成六个步骤。第一步是开始定位并准备插入。第二步是让他进来咬紧牙关,换挡。有一个引入环。引入环可以缓冲它。引入环的电机是同步的。通过这种方式,引入环被用来阻挡第一个齿轮,这样弹簧就有了一个缓冲器,当它接触到它时,它就会用力插入。这个过程可以用计算机通过一个动态模拟模型一步一步地完全模拟出来,看看能否做到。下一步是做模拟。这太简单了,这是汽车的速度,这是马达的速度,这是马达的速度,马达和齿轮之间有一个轴,有一定的弹性,齿轮啮合需要关闭,我需要关闭那个齿轮的齿轮,这是我输入的速度。这是一个快速导入,我想插入这个同步,这样速度可以同步在一起。刚才,我总是谈到同步。同步后,我咬下我的两条胳膊,把它们锁在一起。同步两个速度后,我只需要导入它们。事实上,该结构用于帮助平滑导入。
看看模拟结构。这是同步器工作的六个步骤。这个速度是最重要的。这是汽车的速度。这是齿轮的速度。这是我的驱动马达的速度。绿色汽车是引入环的速度。看看我的位置。从第一步,第二步,这是第一步到第四步。引入环与卡瓦结合。滑板有一个弹簧,所以它可以相对转动。之后,它被锁定,基本上滑入这个位置,滑入后同步,所以模拟显示脑洞很小,振动只在导入卡上,导入卡很轻。虽然存在动态速度变化,但产生的脉冲非常小。这就是原则。
为了验证这样的结果,我们进行了进一步的模拟计算,因为你说同步时一定有相对转速差,同步后的转速差从每分钟10、20和30转变化,而相对转速差仍然比较差时的影响程度。如果同步速度很小,每分钟5转的冲击速度相对较大。第二个模拟是什么?当我比较转数和时间时,我会看到不同转数下的冲击响应。当转数较高时,冲击程度不明显且较小。第三项政策做了什么?我已经把速度固定在每分钟1000转,同步的差别是每分钟10%。方向盘上没有缓冲弹簧吗?我改变了缓冲弹簧的刚度。刚度越小,冲击越大。当刚度较高时,冲击几乎控制在4以下。这个结果非常好。仿真表明,该结果非常好。这不仅仅是理论。我们做了一个严肃的实验来看看结果。这是犬齿同步器和驱动电机发展的结果。你可以看到,不同转速下的冲击程度仍然有很大的不同。一般来说,这是在20和40相对转数下每分钟500转的冲击程度,在40和每分钟显著增加。
我在说我刚才说的话。蔡早就说过,用ANT做双速传动绝对是好的。at没有电源中断,必须进行控制。建模、分析和控制都做得很好。这是一个由两个齿轮组成的模型分析器,这两个齿轮被太阳能爆炸。暴露在阳光下后,分析仪从一档换到二档并锁定。如何添加锁将对天平产生很大影响。我们做了一些分析并提出了不同的策略:第一种策略,输出扭矩长且快,无论输出扭矩如何,输出扭矩都有一个比较大的漏洞,而这个比较大的漏洞在车辆中体现为抖动。我们分阶段保证输出扭矩的长速度。我们的名字是脸。书柜阶段仍然是长速度。变化不大,但仍有抖动。第三个策略是什么?
第一个策略是使输出良好,保持输出扭矩在一个长的速度,并不断改变电机的输入扭矩。因为马达是可控的,所以我将控制马达的扭矩。结果是最好的,低于平衡。
在第二种策略中,输入扭矩保持在长速度,导致扭矩的最小变化,也就是说,动力性能或动力中断的感觉最小,并且中速也被控制在一个范围内。因此,总结三种不同的控制方法,结果显然是当输出转矩处于长速度时保证最佳效果的第三种方法。首先,控制的时间影响很小,而且最快。关键点是什么?摩擦时需要更多的能量,但是换档时能量相对有限。
切换驱动模式有什么好处?一个是每行车轮的双电机输入。在这篇和所有发表的文章中有一些方法。该发明专利于2015年授予,因此将不再详细描述控制方法。我会谈谈结果。驱动模制为1、2和3。它有目标扭矩和目标速度。无论是线性表示还是非线性变化,目标都是不同的。这是一个线性变化,这是一个非线性变化,当然,非线性保证了较小的影响。从结果来看,如果我们线性地做,虽然我们可以看到它在一个大的范围内,但是在改进之后,步进运动仍然是相当大的。步进运动会对摩擦线造成一些损坏。非线性的影响更平滑,并且对这些系统进行了相同的比较。什么意思?您刚刚使用了双电机输入的三种模式。当实际驾驶模式被切换时,控制方法和建模仍然是非常重要的,并且可以被进一步优化。由于时间限制,我将与你分享结果。事实上,里面有几篇文章。如果大学生来了,请阅读该领域顶级期刊上发表的文章。总之,多速比发动机输入仍然是有用的,并且双马达应用的驱动能力可以被进一步提高。如何提高换档的平稳性和中断性,提高换档的平稳性和减少能量中断,这个过程是可以做好的。只要控制策略做得好,使用行齿轮的方案更好,一般控制也更好。如果我们想使用它,在双电机输入的总功率倍增方面仍有很大优势。每个人都在争论成本,因为我们还没有制定成本预算。
谢谢大家。
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