The use of variable-speed mechanical transmission in electric drives

• Autorzy: Hajduga A. , Kieracińska A.

Identyfikatory

DOI

10.14669/AM.VOL75.ART3

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie wielobiegowej przekładni mechanicznej w napędzie elektrycznym

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Electric vehicles are now a viable alternative to their combustion counterparts. Despite their obvious advantages, one prominent disadvantage is their limited driving range, which strongly depends on the operating conditions. Therefore, it seems purposeful to adapt the configuration of the electric drive to obtain its high efficiency regardless of the operating conditions of the drive, which will in turn reduce the energy consumption without increasing the energy storage capacity of the electrochemical battery. This article will describe the impact of the applied variable-speed transmission on the electric power consumption. The use of variable-speed transmission solutions in electric drives allows to adapt the electrical machine’s operating parameters to the load conditions to keep its operating efficiency as close to high-performance parameter range as possible. A computer simulation study has been carried out to verify the influence of applying an additional element of the drive train system on the energy consumption. The study compares two setups with different transmission types used. Namely, one configuration features a constant-speed transmission drive whilst the other a transmission allowing the selection of three speeds. The results obtained on the basis of computer simulation confirmed the positive impact of the variable-speed transmission on energy consumption in both urban and non-urban operating conditions, whereas in the first case this reduction was significant. This clearly indicates that for vehicles operated in cities it is preferable to use electric drives equipped with a variable- speed transmission.

PL

Pojazdy z napędem elektrycznym są dziś realną alternatywą dla pojazdów spalinowych. Pomimo ich niewątpliwych zalet istotną niedogodnością jest ich ograniczony zasięg jazdy, który silnie zależy od warunków eksploatacji. Celowe, zatem wydaje się dostosowanie konfiguracji napędu elektrycznego w taki sposób, aby bez względu na warunki eksploatacji napęd uzyskiwał możliwie wysokie sprawności, co wpłynie na zmniejszenie zużycia energii, bez konieczności zwiększania pojemności energetycznej baterii elektrochemicznej. W artykule przedstawiono wpływ zastosowania przekładni wielobiegowej na zużycie energii elektrycznej. Dzięki wyposażeniu napędu elektrycznego w przekładnie wielobiegową istnieje możliwość dopasowania parametrów pracy maszyny elektrycznej do warunków obciążenia w taki sposób, by sprawność jej pracy znajdowała się możliwie blisko obszaru najwyższej sprawności. W celu weryfikacji wpływu zastosowania dodatkowego elementu w układzie napędowym na zużycie energii przeprowadzono komputerowe badania symulacyjne. W badaniach porównano dwie struktury różniące się zastosowaną przekładnią, tj, w pierwszej konfiguracji zastosowano przekładnię o stałym przełożeniu zaś w drugiej konfiguracji przekładnię pozwalającą na wybór trzech przełożeń. Uzyskane na drodze symulacji komputerowych wyniki potwierdziły pozytywny wpływ przekładni wielobiegowej na zużycie energii zarówno w miejskich jak i pozamiejskich warunkach eksploatacji, przy czym w pierwszym przypadku zmniejszeni to było znaczące. Wskazuje to wyraźnie, że w przypadku pojazdów eksploatowanych w miastach korzystne jest zastosowanie napędu elektrycznego wyposażonego w przekładnię wielobiegową.

Słowa kluczowe

EN

electric drive; multi-speed transmission; driving range; simulation studies; mathematical modelling

PL

napęd elektryczny; przekładnia wielobiegowa; zasięg jazdy; badania symulacyjne; modelowanie matematyczne

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Przemysłowego Instytutu Motoryzacji
• Czasopismo: Archiwum Motoryzacji
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 75, nr 1
• Strony: 39--67
• Opis fizyczny: Bibliogr. 44 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Hajduga A.

• Warsaw University of Technology, the Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering, the Institute of Vehicles, ul. Narbutta 84, 02-791 Warsaw, Poland

autor

Kieracińska A.

• Automotive Industry Institute (PIMOT), ul. Jagiellońska 55, 01-301 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Mitsubishi i-MiEV. Available from: http://www.press.mitsubishi.pl/www/aktualnosc/68-i-miev-w-polskiej-ofercie/2.
• [2] Tesla Roadster. Available from: http://www.teslamotors.com/.
• [3] Renault Fluence Z.E. Available from: http://www.renault.pl/swiat-renault/ekologia/auta-elektryczne/ fluence-kangoo-ze-prezentacja-wersje-produkcyjne/.
• [4] Renault Kangoo Express Z.E. Available from: http://samochodyelektryczne.org/renault_kangoo_express_ze.htm.
• [5] Renault Kangoo Z.E. Available from: http://www.renault.pl/samochody-nowe/samochody-elektryczne/kangoo-ze/kangoo-ze-2013/.
• [6] Renault Twizy. Available from: http://www.renault.pl/samochody-nowe/samochody-elektryczne/twizy/twizy/.
• [7] Renault Zoe. Available from: http://www.renault.pl/samochody-nowe/samochody-elektryczne/zoe/zoe/.
• [8] Nissan e-NV200. Available from: http://www.env200.com/.
• [9] Nissan Leaf. Available from: http://www.nissanusa.com/electric-cars/leaf/.
• [10] BMW ActiveE. Available from: http://samochodyelektryczne.org/bmw_activee.htm.
• [11] BMW i3. Available from: http://www.bmw.pl/pl/pl/newvehicles/i/i3/2013/showroom/drive.html.
• [12] Chevrolet Spark EV. Available from: http://www.chevrolet.com/spark-ev-electric-vehicle/specs/trims.html.
• [13] Chevrolet Volt. Available from: http://www.chevrolet.com/volt-electric-car/specs/trims.html.
• [14] FIAT 500e. Available from: http://www.fiatusa.com/en/500e/.
• [15] Honda FCX. Available from: http://automobiles.honda.com/fcx-clarity/.
• [16] Honda FIT. Available from: http://www.hondanews.info/news/en/auto/4120831eng?utm_source=HMW&utm_medium=rss.
• [17] Mercedes-Benz B-Class Electric Drive. Available from: http://www.mbusa.com/mercedes/vehicles/class/class-B.
• [18] Mercedes-Benz SLS AMG CoupéElectric Drive. Available from: http://www.mercedes-amg.com/webspecial/sls_e-drive/eng.php.
• [19] Mercedes-Benz Vito E-Cell. Available from: http://www2.mercedes-benz.co.uk/content/unitedkingdom/mpc/mpc_unitedkingdom_website/en/home_mpc/van/home/new_vans/models/vito_639/e-cell/facts/technical_data.html.
• [20] Ford Connect EV. Available from: http://www.pluginamerica.org/vehicles/ford-transit-connect-ev.
• [21] Ford Focus Electric. Available from: http://focuselectric.fordmedia.eu/factsheets/Ford-FocusElectric_green_EU.pdf.
• [22] SMART Electric Drive. Available from: https://www.smart.com/pl/pl/index/smart-fortwo-electric-drive.html.
• [23] Toyota iQ EV. Available from: http://www.toyota.com/esq/vehicles/electric-vehicle/2013-scion-iq-ev.html.
• [24] Toyota RAV4 EV. Available from: http://pressroom.toyota.com/releases/2012+toyota+rav4ev+california.htm?view_id=35924
• [25] Volkswagen e-Golf. Available from: http://media.vw.com/release/855/.
• [26] Volkswagen e-up! Available from: http://www.volkswagen.co.uk/new/e-up-nf/home.
• [27] CitroënBerlingoElectric. Available from: http://www.citroenet.org.uk/passenger-cars/psa/berlingo/berlingoelectrique.html.
• [28] Citroën C-Zero. Available from: http://www.citroen.pl/technologie/full-electric.html.
• [29] Mercedes-Benz Vito E-Cell. Available from: http://www2.mercedes-benz.co.uk/content/unitedkingdom/mpc/mpc_unitedkingdom_website/en/home_mpc/van/home/new_vans/models/vito_639/e-cell/facts/technical_data.html.
• [30] Arczyński S. Mechanika ruchu samochodu. WNT. 1993.
• [31] Siłka W. Teoria ruchu samochodu WNT. 2002.
• [32] Pellegrino G, Vagati A, Boazzo B, Guglielmi P. Comparison of Induction and PM Synchronous motor drives for EV application including design examples.
• [33] Szumanowski A. Fundamentals of hybrid vehicle drives. 2000; Warsaw-Radom.
• [34] Szumanowski A. Hybrid Electric Power Train Engineering and Technology, Modeling, Control and Simulation. Engineering Science Reference (an imprint of IGI Global), USA. 2013.
• [35] Lovas L, Play D, Mariligeti J, Rigal J F. Mechanical Behaviour Simulation for Synchromesh Mechanism Improvements. Proc. IMechE, Part D: J. Automobile Engineering. 2006; Vol. 220: 919-945.
• [36] Sandooja A. Double Indexing Synchronizer To Amplify the Synchronizer Capacity. Technical Report 2012-01-2003, SAE International. 2012.
• [37] Ding Q, Quan L, Zhu X, Liu J, Chen Y. Development of a new two-rotor doubly salient permanent magnet motor for hybrid electric vehicles. Electrical Machines and Systems (ICEMS), International Conference on 20-23 Aug. 2011. 2011: 1-4.
• [38] Hong S, Ahn S, Kim B, Lee H, Kim H. Shift control of a 2-speed dual clutch transmission for electric vehicle. Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), 2012 IEEE. 1202-1205. 9-12 Oct. 2012.
• [39] Mousavi R, Saman M, Boulet B. Modeling, simulation and control of a seamless two-speed automated transmission for electric vehicles. American Control Conference (ACC), 4-6 June 2014, 2014: 3826-3831.
• [40] Hajduga A, Roszczyk P. Analiza strategii sterowania napędem elektrycznym z wielobiegową zautomatyzowaną przekładnią mechaniczną, w: Logistyka: czasopismo dla profesjonalistów , Instytut Logistyki i Magazynowania, Vol. 4, 2015: 3602-3616
• [41] Jun-qiang X, Guang-ming X, Yan Z. Application of automatic manual transmission technology in pure electric bus. Vehicle Power and Propulsion Conference, 2008. VPPC '08. IEEE , vol., no., pp.1,4, 3-5 Sept. 2008.
• [42] Ren Q, Crolla D A, Morris A. Effect of transmission design on Electric Vehicle (EV) performance. Vehicle Power and Propulsion Conference. VPPC '09. IEEE, 7-10 Sept. 2009: 1260-1265.
• [43] Szumanowski A. Hybrid electric vehicle drives design Edition based on URBAN BUSES. Warsaw-Radom. 2000.
• [44] Szumanowski A. Akumulacja energii w pojazdach. WKŁ. Warsaw. 1984.