雙電機獨立驅(qū)動FSEC賽車主減速器設計

郭雷 石晶 李思琪 李昊潼 劉慶華

摘 要：基于遼寧工業(yè)大學萬得電動方程式賽車隊E02號賽車和中國大學生電動方程式大賽規(guī)則 文章對雙電機后輪獨立驅(qū)動方程式賽車的動力總成模塊進行了設計與優(yōu)化。對傳動系統(tǒng)的傳動比進行了匹配計算 并完成了一種行星齒輪減速器的設計 同時建立了CATIA三維模型并完成運動仿真。

關(guān)鍵詞：傳動系;雙電機驅(qū)動;大學生方程式賽車

中圖分類號：U463.2? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-61-02

Abstract： This article is based on the new car R&D project of Liaoning University of Technology Wonder Electric Team in the 2019 season and the design of the wheel-side reducer assembly of the two-motor independently driven racing car in combination with the rules of the Chinese University Students' Formula E competition. It mainly includes the matching of the transmission ratio and the design of the planetary gear transmission structure， use CATIA software to model the parts and do motion simulation analysis， verify the transmission ratio of the planetary gear mechanism and check the motion interference.

Keywords： Power train system; Dual motor drive; FSEC

CLC NO.： U463.2? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-61-02

前言

作為FSEC賽車重要組成部分 傳動系的設計直接影響著賽車的動態(tài)性能。本文根據(jù)副車架結(jié)構(gòu)的布置需求 設計了雙電機的布置方案 同時匹配了傳動比參數(shù)并完成減速機構(gòu)的設計 還利用Catia軟件完成了減速器的運動仿真分析。

1 傳動系布置與主要部件選型

考慮到電機接線與水路等管路操作空間 將兩電機對置且旋轉(zhuǎn)90° 從而避開接頭縮短軸向距離;雙電機布置需要極其高的同軸度 因此電機與減速器各安裝一個支架以防止過約束;電機與減速器通過筒夾式聯(lián)軸器連接以提高同軸度的要求;減速器之后動力傳遞選擇花鍵式半軸;這種結(jié)構(gòu)有著賽車車輪跳動量大以及輕量化的特點 結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 動力參數(shù)匹配

2.1 考慮運動特性

由于方程式賽車的特殊的使用工況 基于運動特性的動力參數(shù)主要考慮賽車的最高車速。根據(jù)比賽工況選取最高車速為110km/h。由汽車理論中的傳動比與車速計算公式可知 車速與主傳動比的關(guān)系：

2.2 考慮動力特性

基于動力特性的參數(shù)匹配主要考慮的是在急加速或者起步過程中產(chǎn)生前后軸的軸荷的轉(zhuǎn)移 軸荷的變化產(chǎn)生輪胎附著力的變化。

2.2.1 軸荷的轉(zhuǎn)移計算

賽車急加速時 軸荷向后轉(zhuǎn)移 起步時軸荷轉(zhuǎn)移量最大 坡度記為0% 已知整車質(zhì)量m為340kg 附著系數(shù)f為1.1 前后軸荷比45：55 軸荷轉(zhuǎn)移系數(shù)為1.4即在水平路面起步時后軸支反力：

2.2.2 動力需求計算

根據(jù)汽車理論 汽車行駛時驅(qū)動力應小于最大附著力與滾動阻力之和：

3 主減速器的設計

3.1 主減速器的建模

已知減速器需要的減速比為4 查《行星齒輪傳動設計》 初取za=18 zb=240 zc=111。

經(jīng)過計算該組合的傳動比為3.901 符合要求。

最終根據(jù)所確定的齒數(shù) 模數(shù)等參數(shù)用Catia進行建模。裝配圖如圖2所示。

4 減速器減速機構(gòu)運動學仿真

4.1 仿真前處理

運動仿真時用旋轉(zhuǎn)結(jié)合命令約束太陽輪自轉(zhuǎn) 對象分別是太陽輪和轉(zhuǎn)臂（機架）如圖3;用同樣的方式約束一個行星輪 對象是行星輪和機架;如圖3。所以作為虛約束的另外兩個行星輪無法按上述行星輪繼續(xù)模擬 但是可以令行星輪自轉(zhuǎn)同時與外齒圈進行滾動曲線的接合 如圖3。

4.2 仿真結(jié)果分析

仿真結(jié)果如圖4所示 圖像斜率即為傳動比大小 測得其值為3.96左右 符合設計的傳動比（誤差小于4%）。齒輪間無干涉 嚙合良好;用同樣的類似手段 繼續(xù)檢測行星輪與齒圈 檢查結(jié)果也是符合要求的。

5 結(jié)論

本文闡述了一種大學生電動方程式賽車雙電機獨立驅(qū)動賽車的主減速器系統(tǒng)設計 通過測試驗證了該種傳動系設計的可行性;同時也說明了通過計算機輔助設計的幫助得到的設計結(jié)果的可靠性。本次設計為之后大學生方程式賽車雙電機獨立驅(qū)動提供了一個參考。

參考文獻

[1] 王贏，焦森，李耀華，蔡紅民，趙軒.FSAE大學生電動方程式賽車設計[C].中國汽車工程學會.2016中國汽車工程學會年會論文集.上海：機械工業(yè)出版社，2016：1343-1345.

[2] 周飛鯤.純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配及整車控制策略研究[D].吉林大學，2013.

[3] 邢紅梅.純電動微型客車行星減速器動靜態(tài)特性分析[D].沈陽工業(yè)大學，2017.

[4] 隋麗娜，袁浩鈞，馬麗鳳，郭輝.基于雙電機直接傳動的行星齒輪減速器設計與分析[J].汽車實用技術(shù)，2019（16）：76-78.

[5] 喬曉亮，趙煒華，張永輝.客車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的DMU運動仿真分析[J].汽車實用技術(shù)，2018（17）：127-128.