雙電機獨立驅動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則 文章對雙電機后輪獨立驅動方程式賽車的動力總成模塊進行了設計與優化。對傳動系統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。

關鍵詞：傳動系;雙電機驅動;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性能。本文根據副車架結構的布置需求 設計了雙電機的布置方案 同時匹配了傳動比參數并完成減速機構的設計 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;這種結構有著賽車車輪跳動量大以及輕量化的特點 結構如圖1所示。

2 動力參數匹配

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主要考慮賽車的最高車速。根據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系：

2.2 考慮動力特性

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

2.2.1 軸荷的轉移計算

賽車急加速時 軸荷向后轉移 起步時軸荷轉移量最大 坡度記為0% 已知整車質量m為340kg 附著系數f為1.1 前后軸荷比45：55 軸荷轉移系數為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

根據汽車理論 汽車行駛時驅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。

經過計算該組合的傳動比為3.901 符合要求。

最終根據所確定的齒數 模數等參數用Catia進行建模。裝配圖如圖2所示。

4 減速器減速機構運動學仿真

4.1 仿真前處理

運動仿真時用旋轉結合命令約束太陽輪自轉 對象分別是太陽輪和轉臂（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模擬 但是可以令行星輪自轉同時與外齒圈進行滾動曲線的接合 如圖3。

4.2 仿真結果分析

仿真結果如圖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 繼續檢測行星輪與齒圈 檢查結果也是符合要求的。

5 結論

本文闡述了一種大學生電動方程式賽車雙電機獨立驅動賽車的主減速器系統設計 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：機械工業出版社，2016：1343-1345.

[2] 周飛鯤.純電動汽車動力系統參數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特性分析[D].沈陽工業大學，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，2019（16）：76-78.

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