因为电动汽车牵引电动机自身的转矩和转速特性,其一般配置单速比的变速器以降低传动系统的重量、减小尺寸和降低成本。牵引电动机拥有宽广的转速区间(一般从0到8000~12000r/min),使用两速变速器能够帮助车辆在低速区间获得更大的转矩,从而提升车辆的加速性能和爬坡性能;同时使用两速的变速器可以更好地利用电动机的高效区间,在给定的工况下降低其能耗,增加续航里程。当然,对两个速比的选择与常规内燃机车变速器速比的选择一样重要。本文介绍的两速变速器使用了一项创新性的机械设计,使得换挡时转矩的传递没有中断,确保了优良的驾乘感觉。
该款2速自动变速器是欧瑞康古加诺(Oerlikon Graziano)和沃赛斯(Vocis)的技术人员基于其原先用于梅赛德斯Vito电动MPV样车的一款单速变速器开发的,该变速器使用两级螺旋齿结构(见图1),完全可以达到希望的速比。
该变速器中换挡结构的主体部分由一个单向超越离合器和一个摩擦离合器组成(见图2)。在1挡时,输入转矩通过超越离合器传输;2挡时,转矩通过摩擦离合器传输。其离合器使用了粉末冶金材料,换挡机构采用电子-液压的方式通过无刷电动机驱动。该结构还通过锁止环的设计,实现了能量回收时对系统的保护以及车辆停止时的驻车功能。图3说明了无转矩中断的换挡过程,车辆从1挡开始,在恒定的发动机转矩下进行升挡和降挡。
其设计理念不仅适用于当前的电动MPV,同样适用于其他各类电动车辆(小到电动摩托车,大到电动巴士)。本文中的比较主要针对基于梅赛德斯Vito电动MPV的单速变速器和2速变速器(见表1)。
该变速器的特别之处还在于其开发的无转矩中断的换挡系统,该系统带来了极佳的换挡质量,同时避免了过于复杂的控制系统。沃赛斯公司专注于变速器的控制系统开发,并在此领域处于世界领先的地位。
此前,行业内开发的电动车多速变速器一般多使用常规的拨叉和同步器,该种结构下在换挡时会出现转矩的中断,从而损伤了加速性能,并且带来了驾乘的不舒适感。当然也有一些其他技术能够带来平顺的换挡质量,例如行星齿轮结构,但是行星齿轮结构的系统效率很低,原因是其过多的齿轮啮合以及过多使用轴承。而此款变速器解决了这一困扰当前多速变速器的难题。
在电动汽车使用该两速变速器带来的优势主要体现在两个方面:
(1)第一挡的齿轮用于满足牵引加速的需求,而第二挡的齿轮使用更长的速比。对于任意给定的车辆速度和工况,发动机可以运转于更低的转速和更大的转矩。通过在更低的转速和更高的转矩下运行,发动机和逆变器的效率都得以提高。
(2)在更高的转矩下运转,可以提升变速器自身的效率百分比。
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