Как производителям автомобилей следует сбалансировать пусковой крутящий момент и эффективность на высоких скоростях при выборе многоскоростного электроприводного моста?

Тяжелый грузовик, выезжающий со склада с полной загрузкой, предъявляет к своей трансмиссии совершенно иные требования, чем тот же грузовик, движущийся со скоростью по шоссе часом позже. При старте важен крутящий момент на колесах. На длинном, ровном участке дороги все большее значение приобретает поддержание двигателя в более подходящем рабочем диапазоне. Попытка охватить оба конца этого рабочего цикла с помощью одного фиксированного передаточного отношения может привести к компромиссам в других элементах трансмиссии. Многоскоростной электроприводной мост предоставляет инженерам еще один вариант, но также требует больше оборудования, калибровки и управления переключением передач. Поэтому важный вопрос заключается не в том, лучше ли две скорости, чем одна. Вопрос в том, работает ли автомобиль в достаточно широком диапазоне, чтобы дополнительное передаточное отношение решило реальную проблему.

Почему использование одного передаточного отношения становится проблематичным для применений в тяжелых условиях?

Передаточное число влияет как на крутящий момент на колесах, так и на скорость вращения двигателя. Выбор более короткого передаточного числа увеличивает коэффициент увеличения крутящего момента на колесе, что полезно при трогании грузовика с места или при подъеме в гору. Компромисс проявляется позже. На высоких скоростях движения то же передаточное число может поддерживать более высокую скорость вращения двигателя, чем необходимо.

Более высокое передаточное число смещает компромисс в другую сторону. Эксплуатация на шоссе может стать менее травматичной для двигателя, но необходимо будет заново проверить характеристики разгона и проходимость по подъемам. Более мощный двигатель иногда может компенсировать это, хотя такой выбор может привести к увеличению веса, требованиям к компоновке, необходимости охлаждения и стоимости.

Для коммерческого транспорта эти компромиссы редко оцениваются с точки зрения одной рабочей точки. Грузовик логистической компании может выехать с терминала, двигаться в городском потоке, выехать на автомагистраль, подняться в гору и провести несколько часов на крейсерской скорости, прежде чем вернуться к движению на низкой скорости. Соотношение скоростей должно обеспечивать работу на всем маршруте.

Прежде чем обсуждать количество передач, начните с маршрута.

Поэтому первыми полезными входными данными являются данные о транспортном средстве и маршруте: полная масса транспортного средства, нагрузка на ведущую ось, размер шин, требуемые характеристики разгона, проходимость по уклону, максимальная скорость, типичная крейсерская скорость и доля времени, проведенного в различных условиях эксплуатации.

Это важно, потому что «тяжелая логистика» — это не один рабочий цикл. Региональный грузовик для доставки с многократными ускорениями имеет другие потребности, чем тягач, который большую часть рабочего дня проводит на автомагистрали. Прежде чем сужать архитектуру, инженеры могут использовать более широкий подход. информация о технологии электропривода понять, как силовая установка должна вписываться в конструкцию автомобиля в целом.

Где многоскоростной электроприводной мост может устранить компромисс?

Многоскоростная трансмиссия обеспечивает наличие нескольких механических соотношений между скоростью двигателя и скоростью вращения колес. На практике более низкое передаточное число может использоваться при необходимости большего крутящего момента на колесах, а другое передаточное число позволяет работать на более высоких скоростях без удержания двигателя в том же диапазоне высоких скоростей.

Звучит просто, но ценность зависит от того, как часто каждое передаточное число действительно полезно. Добавление второй скорости для решения проблемы, возникающей всего на несколько секунд за весь маршрут, может не оправдать дополнительные компоненты трансмиссии. Ситуация меняется, если автомобиль регулярно перемещается между участками с высокой нагрузкой и длинными высокоскоростными отрезками.

Думайте о рабочих зонах, а не о пиковых показателях.

Пиковая мощность двигателя — это простой для сравнения показатель, но сам по себе он не является хорошей основой для выбора передаточного отношения. Две системы со схожими пиковыми показателями могут вести себя совершенно по-разному, если учитывать скорость вращения двигателя, крутящий момент на колесах, непрерывную выходную мощность и скорость движения.

Практический обзор обычно начинается с рассмотрения нескольких репрезентативных условий:

Этот эксперимент часто быстро выявляет реальную проблему. Если одно передаточное число удовлетворяет всем этим случаям с разумными запасами, добавление еще одной передачи может принести мало пользы. Если требования к старту склоняют передаточное число в одну сторону, а эксплуатация на шоссе явно предпочитает другое, аргументы в пользу многоскоростной компоновки становятся гораздо убедительнее.

Команды производителей оригинального оборудования, сравнивающие подходы к трансмиссии, также могут ссылаться на существующие решения. Аналитические данные по отрасли коммерческого транспорта при рассмотрении того, как архитектура электроосей применяется в большегрузных автомобилях.

Что еще следует проверять производителям оригинального оборудования, помимо пускового крутящего момента?

Характеристики разгона обычно привлекают внимание, поскольку их легко почувствовать во время испытаний автомобиля. Однако для эксплуатации автопарка не менее важно то, что происходит после начала движения грузовика.

Особое внимание следует уделить непрерывному крутящему моменту. Двигатель может развивать высокий пиковый крутящий момент в течение короткого периода времени, однако длительный подъем или многократные ускорения зависят от температурных характеристик приводной системы. Охлаждение, температура двигателя, ограничения инвертора, терморегулирование трансмиссии, проверка долговечности и длительность нагрузки — все это становится важным фактором.

Та же логика применима и к эффективности. Заявленная максимальная эффективность мало что говорит о том, сколько времени транспортное средство фактически проводит вблизи этой рабочей точки. Инженерам необходимо знать, где именно будет работать двигатель на маршруте, имеющем коммерческое значение.

Автомобиль, движущийся по шоссе, может выявить неудачный выбор соотношения.

Рассмотрим грузовик, который большую часть своего ежедневного пробега проводит на стабильной скорости. Если его передаточное число выбрано главным образом для обеспечения высокого крутящего момента при старте, двигатель может оставаться на относительно высокой скорости в течение нескольких часов. Даже незначительные потери, повторяющиеся при движении на большие расстояния, становятся более существенными, чем на коротком городском маршруте.

Многоскоростной электропривод может сместить рабочую точку на шоссе, но все равно необходимо оценить всю систему целиком. Зацепления шестерен, подшипники, смазка, приводные механизмы и переключения передач вносят свои собственные потери и создают дополнительные нагрузки. Поэтому правильное сравнение должно проводиться между поведением всей трансмиссии в реальном рабочем цикле, а не между «одной передачей» и «двумя передачами» как изолированными концепциями.

Именно поэтому покупателям следует запрашивать у поставщиков информацию о диапазоне рабочих параметров, а не только данные о пиковом крутящем моменте и пиковой мощности.

Насколько сильно поведение, связанное с изменением стратегии поведения, должно влиять на принятие решения?

Как только добавляется вторая передача, само переключение становится частью характеристик трансмиссии. В коммерческом автомобиле может потребоваться переключение передач при перевозке значительного груза, поэтому качество переключения передач неотделимо от передачи крутящего момента.

Вопрос заключается не только в том, быстро ли происходит переключение передач. Инженерам также необходимо учитывать, что происходит с крутящим моментом при изменении передаточного отношения, испытывает ли автомобиль заметное прерывание, как ведет себя включение передач под нагрузкой и как часто происходят переключения на целевом маршруте.

Агрессивная стратегия может сократить время выполнения задачи, но при этом увеличить нагрузку на трансмиссию. Консервативная стратегия может быть более щадящей с механической точки зрения, но менее подходящей, когда автомобилю необходима непрерывная тяга. Ни один из подходов нельзя оценить без осмотра автомобиля.

Проверьте неудобные условия.

В ходе испытаний прототипа следует включить ситуации, менее комфортные, чем ровный, незагруженный испытательный маршрут. Ускорение с нагрузкой, въезд в гору, многократные переключения на повышенную и пониженную передачи, изменение интенсивности нажатия на педаль акселератора и длительная работа двигателя позволяют гораздо лучше оценить пригодность многоскоростной компоновки.

Карты переключения передач также должны соответствовать конкретному применению. Если система постоянно переключается между передачами, потому что нормальная рабочая точка находится вблизи границы переключения, калибровку, возможно, потребуется пересмотреть. Коробка передач, которая выглядит эффективной на бумаге, может стать раздражающей или неэффективной, если она постоянно переключается между передачами.

Опубликованная информация о применении распределенных приводных систем (CDTL) в большегрузных автомобилях показывает, что они могут включать стратегии управления переключением передач, предназначенные для поддержания передачи мощности при переключении передач. Для производителя оборудования (OEM) это более широкий вывод: аппаратные компоненты коробки передач и управление переключением передач следует рассматривать вместе, а не приобретать как отдельные элементы.

В каких случаях действительно стоит выбирать многоскоростной электроприводной мост?

Нет никаких технических причин добавлять передачу только потому, что многоскоростная система кажется более совершенной. Если одного передаточного отношения уже достаточно для разгона, подъема в гору, крейсерской скорости и достижения максимальной скорости в пределах допустимых параметров двигателя и температурных режимов, то простота имеет ценность.

Более наглядный пример возникает, когда рабочий цикл автомобиля тянет его в двух направлениях. Высокий крутящий момент при запуске под нагрузкой может потребовать одного передаточного отношения, в то время как при движении на дальние расстояния явно выигрывает другой диапазон скоростей двигателя. Именно для решения подобных повторяющихся конфликтов и предназначена гибкость передаточных отношений.

Окончательное решение должно учитывать не только энергопотребление. В обсуждение следует включить такие факторы, как занимаемое пространство, масса трансмиссии, усилие на руле, долговечность, ремонтопригодность, себестоимость производства и объем работ по калибровке. Небольшое улучшение в одной рабочей точке вряд ли оправдает усложнение всей программы разработки автомобиля; многократное улучшение на протяжении тысяч часов работы — это совсем другое дело.

Сравнивайте преимущества на уровне конкретного автомобиля, а не количество скоростей.

Один из полезных способов сформулировать решение — спросить, какая проблема исчезает после добавления второго передаточного числа. Больше не нужно ли завышать мощность двигателя для старта? Укладывается ли более подходящая скорость движения по шоссе? Преодолевает ли автомобиль подъемы, не теряя при этом желаемых условий движения?

Если ответ расплывчатый, вероятно, требуется дополнительный анализ архитектуры. Если данные о транспортном средстве неоднократно показывают одно и то же противоречие, то инженерное обоснование гораздо яснее.

Перед публикацией запроса предложений (RFQ) стоит предоставить поставщикам фактические характеристики автомобиля, а не запрашивать типовую многоскоростную электроось: масса с грузом, нагрузка на ось, радиус шины, целевые характеристики разгона, требования к уклону, крейсерская скорость, максимальная скорость, профиль маршрута, условия охлаждения и ожидаемый годовой режим эксплуатации.

Инженерная поддержка проектов по электроосям.

Когда выбор передаточного отношения начинает одновременно влиять на размеры двигателя, температурные пределы, режим переключения передач и характеристики всего автомобиля, проект выходит за рамки простого сравнения компонентов. Hangzhou Contemporary e-Drive Technology Co.,Ltd. Компания занимается разработкой распределенных систем электропривода и интеграцией на уровне транспортного средства для коммерческих автомобилей на новых источниках энергии. Для проектов в сфере логистики тяжелых грузов команды OEM-производителей могут ознакомиться с распределенной электрической осью EA5000N через веб-сайт компании. Информация о применении в логистике тяжелых грузов и обсудить конфигурацию двигателя, согласование передаточных чисел, управление переключением передач, нагрузку на ось, профиль маршрута, условия установки и требования к непрерывной эксплуатации, сравнивая их с реальным автомобилем, а не выбирая трансмиссию на основе одного показателя производительности.

Заключение

Многоскоростной электроприводной мост полезен в тех случаях, когда фиксированное передаточное число создает повторяющийся конфликт между крутящим моментом колеса на низких скоростях и работой на высоких скоростях. Этот конфликт необходимо продемонстрировать на основе данных о транспортном средстве, а не предполагать исходя из компоновки коробки передач. Перед окончательным утверждением архитектуры следует обратить внимание на трогание с места под нагрузкой, длительные подъемы, крейсерскую скорость двигателя, непрерывную выходную мощность, тепловые характеристики и качество переключения передач. Для производителей автомобилей правильный вопрос прост: достаточно ли существенно дополнительное передаточное число устраняет реальное ограничение по рабочему циклу, чтобы оправдать дополнительную сложность системы?

Часто задаваемые вопросы

1. Почему для электромобиля большой грузоподъемности может потребоваться более одного передаточного числа электрооси?

Второе передаточное число может быть полезно в тех случаях, когда высокий крутящий момент на колесах на низких скоростях и эффективная работа на высоких скоростях предъявляют противоречивые требования к одному фиксированному передаточному числу.

2. Всегда ли многоскоростной электроприводной мост экономит энергию?

Нет. Результат зависит от коэффициента заполнения, рабочих точек двигателя, потерь в трансмиссии, частоты переключения передач, температурных условий и времени, которое автомобиль проводит на каждой передаче.

3. Какие данные о транспортном средстве наиболее важны перед выбором передаточного числа?

Ключевыми параметрами являются полная масса транспортного средства, нагрузка на ось, размер шин, требуемые характеристики разгона, проходимость по уклону, крейсерская скорость, максимальная скорость, диапазон работы двигателя и профиль маршрута.

4. Почему производителям оригинального оборудования следует обращать внимание на постоянный крутящий момент, а не только на пиковый?

Максимальный крутящий момент описывает возможности двигателя в кратковременном режиме. Длительные подъемы, многократное ускорение и продолжительная интенсивная эксплуатация в большей степени зависят от непрерывной мощности и тепловых характеристик.

5. Какие испытания следует провести на многоскоростной электрооси перед запуском в производство?

В проверку на уровне транспортного средства следует включить такие параметры, как трогание с места под нагрузкой, подъем в гору, движение по шоссе, многократное переключение передач, непрерывность крутящего момента, тепловые характеристики, скорость вращения двигателя и длительная работа.