通過對(duì)比亞迪E6先行者電動(dòng)汽車的單擋變速器的分析及采用多擋變速器的優(yōu)勢(shì)

聶光輝 劉志強(qiáng)

洛陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院新能源汽車學(xué)院 河南 洛陽 471000

1 概述

電動(dòng)汽車會(huì)成為主流的發(fā)展趨勢(shì)，作為新能源汽車的引領(lǐng)者，比亞迪公司在2012年推出自主研發(fā)的E6先行者是一款純電動(dòng)crossover，采用交流永磁無刷同步電機(jī)，電動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩為450Nm，輸出功率高達(dá)120kW，相當(dāng)于1.6L排量的發(fā)動(dòng)機(jī)。比亞迪E6先行者（以下稱E6）的冷卻系統(tǒng)由電動(dòng)水泵帶動(dòng)冷卻液對(duì)電機(jī)、電機(jī)控制器和DC進(jìn)行冷卻。E6配置ET-POWER磷酸鐵鈷鋰電池它的續(xù)駛里程超過300km，為同類車型之冠。

2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

E6的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由擋位控制裝置和單速機(jī)械變速器等部件組成，其部件在汽車上的分布如圖1所示。

2.1 擋位控制裝置

擋位控制裝置則由擋位控制器、擋位執(zhí)行器和P擋控制器等組成。它的主要功能是實(shí)現(xiàn)汽車的變速、倒車、降速增扭和使車輪具有差速功能。起動(dòng)車輛，電機(jī)工作，將轉(zhuǎn)矩傳送到機(jī)械變速器，再由主減速器減速增扭后送給差速器，經(jīng)差速器分配給左右傳動(dòng)軸，最后驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，車輛行駛。

2.1.1 擋位控制器

擋位控制器的主要功能是控制車輛前進(jìn)、后退和停車等動(dòng)作，它類似于自動(dòng)擋車輛的擋位控制機(jī)構(gòu)。

2.1.2 擋位執(zhí)行器

圖1 比亞迪E6先行者電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在擋位執(zhí)行器上分布著換擋手柄、擋位顯示器、擋位傳感器及執(zhí)行電機(jī)等部件。根據(jù)不同的行駛要求撥動(dòng)換擋手柄可以使變速器處于P、R、N、D各擋，以實(shí)現(xiàn)擋位的切換。當(dāng)踩下制動(dòng)踏板，按下方向盤下部的啟動(dòng)按鈕至“OK”燈亮起后，就可以將操縱手柄從P擋移動(dòng)至其它擋位。R擋為倒車擋，當(dāng)需要倒車時(shí)，必須在車輛完全停穩(wěn)后才能從其它擋掛入倒擋，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器控制電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的；N擋是空擋，在車輛短暫停車時(shí)使用；D擋是前進(jìn)擋，在車輛向前行駛時(shí)使用。當(dāng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，直接按下操縱手柄上的鎖止按鈕就可以移動(dòng)操縱手柄并在各擋位之間切換。換擋成功后，松開操縱手柄，手柄能自動(dòng)回到中間位置。擋位器主要是檢測(cè)操縱手柄所處的擋位，并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)（約5V）傳遞給擋位控制器。它有兩個(gè)相同的無接觸霍爾式傳感器組成。

2.1.3 P擋控制器

P擋控制器主要由控制器和電機(jī)總成等組成，是用來實(shí)現(xiàn)車輛的駐車功能的。P擋控制器控制P擋電機(jī)在P擋位置鎖止變速器里的中間軸，如圖2所示，當(dāng)操縱手柄處于P位置時(shí)，接收驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的鎖止指令，控制器輸出PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，從而鎖止變速器的中間軸，實(shí)現(xiàn)車輛的駐車。

P擋電機(jī)為開關(guān)磁阻式異步電機(jī)，主要由殼體、定子、轉(zhuǎn)子、功率變換器、霍爾位置傳感器、葉輪和擺輪等部位組成。定子和轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，齒數(shù)不等，定子的磁極通常比轉(zhuǎn)子多兩個(gè)，轉(zhuǎn)子上沒有線圈，均布的8個(gè)磁極由鐵質(zhì)薄片疊加而成，定子上共有12個(gè)磁極，空間相對(duì)的兩個(gè)磁極上布置著三相12個(gè)串聯(lián)或者并聯(lián)的線圈，形成6個(gè)節(jié)拍，與轉(zhuǎn)子連接的葉輪每旋轉(zhuǎn)60圈，通過花鍵與鎖止機(jī)構(gòu)連接的擺輪則旋轉(zhuǎn)一圈。

功率變換器是電動(dòng)機(jī)的電源接口，通過開關(guān)晶體管向線圈供電，能使三相繞組及時(shí)通斷，改變相位，讓電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；魻栁恢脗鞲衅饔脕頇z測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，為準(zhǔn)時(shí)為各相線圈提供并切斷電流提供依據(jù)。

當(dāng)定子繞組通電時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)單向磁場(chǎng)，按照“磁阻最小原則”，既磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子磁極中心線不重合時(shí)產(chǎn)生磁拉力，形成磁阻轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到磁導(dǎo)最大的位置。當(dāng)向定子各相繞組中依次通入電流時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)一步一步沿著通電相序相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)葉輪與擺輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)P擋的鎖止。如果改變定子各相的通電次序，電機(jī)將改變旋轉(zhuǎn)方向，則可以解除對(duì)P擋的鎖止。

圖2 比亞迪E6先行者電動(dòng)汽車自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)

2.2 機(jī)械單擋變速器

E6采用機(jī)械單擋變速器，它為帶差速器的兩級(jí)傳動(dòng)變速器，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過法蘭盤連接，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由殼體、端蓋、輸入軸、中間軸、主減速器、差速器和速度傳感器等部件組成。在輸入軸上有與軸連為一體的輸入齒輪，在中間軸上分布著從動(dòng)齒輪和減速器主動(dòng)齒輪，差速器則與傳統(tǒng)汽車的差速器基本相同。速度傳感器用來檢測(cè)輸出軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳遞給電控單元。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變速器工作時(shí)，將動(dòng)力傳遞給輸入軸，與輸入軸連接的輸入齒輪帶動(dòng)中間軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)中間軸轉(zhuǎn)動(dòng)，與中間軸連為一體的減速器主動(dòng)齒輪則帶動(dòng)主減速器從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再由差速器將動(dòng)力分配給左右半軸，于是驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，使車輛行駛。其動(dòng)力傳遞路線如圖3所示。

圖3 比亞迪E6先行者電動(dòng)汽車變速器動(dòng)力傳遞路線

3 多擋變速器

盡管目前的電動(dòng)車使用單級(jí)變速器可以正常行駛，但單擋變速器的不足也日益顯示出來。特別是車輛在高速行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)需要保持極高的轉(zhuǎn)速，不僅產(chǎn)生較大的噪音，也會(huì)減少續(xù)航里程。而傳統(tǒng)汽車采用的多擋變速器恰恰能彌補(bǔ)這個(gè)短板，它能增加傳動(dòng)比的變化范圍，不僅使車輛在起步時(shí)擁有更好的加速性，而且在高速時(shí)能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

多擋位自動(dòng)變速器對(duì)提高新能源汽車動(dòng)力性、延長(zhǎng)新能源汽車?yán)m(xù)駛里程、優(yōu)化新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總成性能、降低新能源汽車整車重量和成本、改善新能源汽車駕乘感受都具有重要作用。單擋變速器器難以滿足消費(fèi)者對(duì)新能源汽車性能不斷提高的要求。多擋變速器對(duì)于電動(dòng)車的性能和經(jīng)濟(jì)性有著積極的作用。所以純電動(dòng)車采用多擋變速器是趨勢(shì)。

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