priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2024-67-10-837-843pribor-41Research ArticleКОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯCOMPUTER MODELING AND DESIGN AUTOMATIONМодельная оценка возможности применения ступенчатой трансмиссии в электромобилеModel Assessment of the Possibility of Using a Stepped Transmission in an Electric VehicleИшимовД. Е.IshimovD. E.

Даниил Евгеньевич Ишимов — аспирант; Международный научно-образовательный центр „BfltTriboPolytechnic“

Санкт-Петербург

Daniil E. Ishimov — Post-Graduate Student; International Scientific and Educational Center “BaltTribo Polytechnic”

St. Petersburg

daniil_ishimov@mail.ruДемидовН. Н.DemidovN. N.

Николай Николаевич Демидов — канд. техн. наук, доцент; Высшая школа транспорта; доцент

Санкт-Петербург

Nikolai N. Demidov — PhD; Associate Professor; Higher School of Transport

St. Petersburg

demidov_nn@spbstu.ruСедаковаЕ. Б.SedakovaE. B.

Елена Борисовна Седакова — д-р техн. наук, доцент; Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Международный научно-образовательный центр „BfltTribo-Polytechnic“; профессор; Институт проблем машиноведения Российской академии наук, Лаборатория трения и износа; зав. лабораторией

Санкт-Петербург

Elena B. Sedakova — Dr. Sci., Associate Professor; Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, International Scientific and Educational Center “BaltTriboPolytechnic”; Institute for Problems in Mechanical Engineering of the RAS, Laboratory of Friction and Wear; Head of the Laboratory

St. Petersburg

elenasedakova2006@yandex.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Институт проблем машиноведения Российской академии наукPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University; Institute for Problems in Mechanical Engineering of the RAS2024251120246710837843Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/41

Рассмотрены основные схемы трансмиссий современных транспортных средств, проанализирована практика их использования крупными концернами в составе электромобилей. Показаны возможности и преимущества применения трансмиссий с изменяемым передаточным отношением, выделены основные проблемы, оказывающие влияние на эффективность электромобиля в целом. По результатам выполненных расчетов разработаны рекомендации, касающиеся выбора основных параметров трансмиссии электромобиля в зависимости от требований и условий эксплуатации. Составленные рекомендации направлены на повышение коэффициента полезного действия и улучшение тяговых характеристик транспортного средства электромобиля. В среде MatLab Simulink выполнена модельная оценка трансмиссии с нефиксированным передаточным отношением в составе транспортного средства с электрической силовой установкой и проведен анализ возможности применения такой трансмиссии. Предложена методика определения оптимальных параметров трансмиссии на основе разработанной модели транспортного средства в среде Simulink.

The main transmission schemes of modern vehicles are considered, the practice of their use by large concerns as part of electric vehicles is analyzed. The possibilities and advantages of using transmissions with variable gear ratios are shown, and the main problems affecting the efficiency of an electric vehicle as a whole are highlighted. Based on results of calculations, recommendations are developed regarding the selection of the main parameters of the electric vehicle transmission, depending on the requirements and operating conditions. The recommendations are aimed at increasing the efficiency and improving the traction characteristics of an electric vehicle. In the MATLAB Simulink environment, a model evaluation of a transmission with an unfixed gear ratio as part of a vehicle with an electric power plant was performed and an analysis of the possibility of using such a transmission was carried out. A method for determining the optimal transmission parameters based on the developed vehicle model in the Simulink environment is proposed.

электромобильэффективностьпараметры трансмиссиитяговые характеристикикоэффициент полезного действиятрансмиссия с изменяемым передаточным числомelectric vehicleefficiencytransmission parameterstraction characteristicsefficiencyvariable ratio transmissionИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00178, https://rscf. ru/project/22-19-00178/.The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 22-19-00178, https://rscf. ru/project/22-19-00178/.ReferencesБаулина Е. Е., Круташов А. В., Серебряков В. В. Нужна ли коробка передач автомобилю с электроприводом? // Машиностроение и компьютерные технологии. 2014. № 6. С. 93–106.Baulina E.E., Krutashov A.V., Serebryakov V.V. Mashinostroyeniye i komp’yuternyye tekhnologii, 2014, no. 6, pp. 93–106. (in Russ.)Sorniotti A. et al. Optimization of a multi-speed electric axle as a function of the electric motor properties // 2010 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference. 2010. Р. 1–6.Sorniotti A. et al. 2010 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, 2010, рр. 1–6.Vehviläinen M. et al. Simulation-Based Comparative Assessment of a Multi-Speed Transmission for an E-Retrofitted Heavy-Duty Truck // Energies. 2022. Vol. 15, N 7. P. 2407.Vehviläinen M. et al. Energies, 2022, no. 7(15), pp. 2407.Ahssan M. R., Ektesabi M. M., Gorji S. A. Electric vehicle with multi-speed transmission: a review on performances and complexities // SAE International Journal of Alternative Powertrains. 2018. Vol. 7, N 2. P. 169–182.Ahssan M. R., Ektesabi M. M., Gorji S. A. SAE International Journal of Alternative Powertrains, 2018, no. 2(7), pp. 169–182.Тарасик В. П., Пузанова О. В. Методика определения основных параметров и характеристик электромобиля // Вестник Белорусско-Российского университета. 2020. № 4(69). С. 50–60.Tarasik V. P., Puzanova O. V. Vestnik Belorussko-Rossiyskogo universiteta, 2020, no. 4(69), pp. 50–60. (in Russ.)Поршнев Г. П., Поршнева Е. Г., Худорожков С. И. Проектирование автомобилей и тракторов. Конструирование и расчет трансмиссий автомобилей: учеб. пособие. СПб: Изд-во Политехнического ун-та, 2015. 106 с.Porshnev G.P., Porshneva E.G., Khudorozhkov S.I. Proyektirovaniye avtomobiley i traktorov. Konstruirovaniye i raschet transmissiy avtomobiley (Design of Automobiles and Tractors. Design and Calculation of Automobile Transmissions), St. Petersburg, 2015, 106 р. (in Russ.)Электротехника / Под ред. В. С. Пантюшина. М.: Государственное энергетическое издательство, 1960. 632 с.Pantyushin V.S., ed., Elektrotekhnika (Electrical Engineering), Moscow, 1960, 632 р. (in Russ.)Walker P. D. et al. Comparison of powertrain system configurations for electric passenger vehicles // SAE Technical Papers. 2015. March 2015. DOI:10.4271/2015-01-0052.Walker P. D. et al. SAE Technical Papers, March 2015, DOI:10.4271/2015-01-0052.Ruan J., Walker P., Zhang N. Comparison of power consumption efficiency of CVT and multi-speed transmissions for electric vehicle // Intern. Journ. of Automotive Engineering. 2018. Vol. 9, N 4. Р. 268–275.Ruan J., Walker P., Zhang N. International Journal of Automotive Engineering, 2018, no. 4(9), pp. 268–275.Machado F. A. et al. Multi-Speed Gearboxes for Battery Electric Vehicles: Current Status and Future Trends // IEEE Open Journal of Vehicular Technology. 2021. Vol. 2. Р. 419–435.Machado F. A. et al. IEEE Open Journal of Vehicular Technology, 2021, vol. 2, рр. 419–435.Ruan J. et al. Development of continuously variable transmission and multi-speed dual-clutch transmission for pure electric vehicle // Advances in Mechanical Engineering. 2018. Vol. 10, N 2. Р. 1687814018758223.Ruan J. et al. Advances in Mechanical Engineering, 2018, no. 2(10), pp. 1687814018758223.Kwon K., Jo J., Min S. Multi-objective gear ratio and shifting pattern optimization of multi-speed transmissions for electric vehicles considering variable transmission efficiency // Energy. 2021. Vol. 236. Р. 121419.Kwon K., Jo J., Min S. Energy, 2021, vol. 236, рр. 121419.Hillesheim T. Energy-efficient Shifting of Electric Multi-speed Transmissions // ATZ worldwide. 2021. Vol. 123, N 5. Р. 64–67.Hillesheim T. ATZ worldwide, 2021, no. 5(123), pp. 64–67.Козлова Т. А. Методика поиска рациональных конструктивных параметров тягового привода электромобиля // Вестник евразийской науки. 2016. Т. 8, № 5(36). С. 74.Kozlova T.A. Bulletin of Eurasian Science, 2016, no. 5(8), pp. 74. (in Russ.)Дунаев М. П. Математическое и физическое моделирование электромобиля // Информационные и математические технологии в науке и управлении. 2017. № 2(6). С. 65–71.Dunaev M.P. Information and Mathematical Technologies in Science and Management, 2017, no. 2(6), pp. 65–71. (in Russ.)Бреки А. Д., Чулкин С. Г., Гвоздев А. Е., Колмаков А. Г. Обобщенная математическая модель внешнего трения скольжения твердых тел // Материаловедение. 2021. № 10. С. 44–48.Breki A.D., Chulkin S.G., Gvozdev A.E., Kolmakov A.G. Material Science, 2021, no. 10, pp. 44–48. (in Russ.)Кузьмин А. М., Чулкин С. Г., Бреки А. Д. Приспособление для исследования антифрикционных свойств уплотнений из терморасширенного графита // Актуальные проблемы морской энергетики: Матер. 11-й Междунар. науч.-техн. конф. СПб, 17–18 февраля 2022 г. С. 377–381.Kuzmin A.M., Chulkin S.G., Breki A.D. Aktual’nyye problemy morskoy energetiki (Actual Problems of Marine Energy), Proc. of the 11th International Scientific and Technical Conference, St-Petersburg, February 17–18, 2022, рр. 377–381. (in Russ.)Дроздов Ю. Н., Маленко И. П., Маленко П. И. Исследование резонансных процессов в поверхностных слоях пар трения скольжения со смазочным материалом, вызванных термическими ударами // Вестник машиностроения. 2015. № 2. С. 44–52.Drozdov Yu.N., Malenko I.P., Malenko P.I. Vestnik mashinostroyeniya, 2015, no. 2, pp. 44–52. (in Russ.)Кузьмин А. М., Чулкин С. Г., Бреки А. Д. Влияние гидросиликата магния на свойства смазочного масла М8В для пар трения скольжения сталь 35–сталь Р6АМ5 // Труды Крыловского государственного научного центра. 2021. № S1. С. 295–297.Kuzmin A.M., Chulkin S.G., Breki A.D. Proceedings of the Krylov State Research Center, 2021, no. S1, pp. 295–297. (in Russ.)Лашхи В. Л., Масько С. В., Самусенко В. Д., Щербаков Ю. И., Буяновский И. А. Взаимодействие между присадками различного функционального назначения и их влияние на адсорбционные свойства моторных масел // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2023. № 12. С. 543–547.Lashkhi V.L., Mas’ko S.V., Samusenko V.D., Shcherbakov Yu.I., Buyanovskiy I.A. Sborka v mashinostroyenii, priborostroyenii, 2023, no. 12, pp. 543–547. (in Russ.)Гаркунов Д. Н. Бабель В. Г., Мельников Э. Л., Щедрин А. В., Минязева Л. Х., Бабель А. Л. Металлосодержащие противоизносные противозадирные присадки к моторным маслам двигателей внутреннего сгорания // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2020. № 4. С. 17–24.Garkunov D. N. Babel’ V.G., Mel’nikov E.L., Shchedrin A.V., Minyazeva L.Kh., Babel’ A.L. Remont. Vosstanovleniye. Modernizatsiya, 2020, no. 4, pp. 17–24. (in Russ.)Пат. РФ 2570643 C1. Противоизносная присадка / А. П. Перекрестов, Ю. Н. Дроздов, В. А. Чанчиков, И. Н. Гужвенко, С. А. Свекольников. 10.12.2015.Patent RU 2570643 C1, Protivoiznosnaya prisadka (Anti-Wear Additive), A.P. Perekrestov, Yu.N. Drozdov, V.A. Chanchikov, I.N. Guzhvenko, S.A. Svekol’nikov, Priority 10.12.2015. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.