Dimensionamento de um sistema de transmissão por engrenagens planetárias para veículos elétricos

Introdução

A crescente preocupação com as emissões de gases de efeito estufa tem impulsionado regulamentações mais rigorosas e a busca por alternativas sustentáveis no transporte rodoviário. Nesse cenário, os veículos eletrificados destacam-se pelo potencial de reduzir a emissão de poluentes. Seu desempenho longitudinal depende da interação entre motor, transmissão, tração e forças resistivas. Devido às características de rotação e torque dos motores elétricos, o sistema de transmissão é essencial para adequar essas grandezas às necessidades das rodas. Portanto, seu dimensionamento adequado contribui para maximizar a eficiência energética, melhorar o desempenho veicular e promover uma mobilidade elétrica mais sustentável e segura.

Objetivo

O objetivo geral deste trabalho é dimensionar um sistema de transmissão por engrenagens planetárias para um veículo elétrico com motores in-wheel, determinando os componentes mais adequados e definindo as relações de transmissão ideais para que o motor opere em sua faixa de maior eficiência.

Método

A relação de transmissão ideal foi determinada por meio da modelagem da dinâmica longitudinal do veículo, considerando o equilíbrio de forças e condições críticas de operação, como rampa máxima e alta velocidade. A partir da força de tração requerida, calculou-se o torque necessário nas rodas e estabeleceram-se os limites da relação de transmissão. Adotou-se um sistema planetário com anular fixo, entrada pelo sol e saída pelo porta-satélites. O modelo foi implementado computacionalmente, permitindo simulações com e sem redução, comparadas a um ciclo de condução padrão para avaliar o desempenho e o consumo energético do veículo.

Resultados e discussão

A análise da dinâmica longitudinal evidenciou a necessidade de redução na transmissão para atender às exigências de tração do veículo. A análise paramétrica do trem planetário definiu uma relação de redução de 4,8, com engrenagens solar e planetária de 15 e 21 dentes, respectivamente, considerando as restrições geométricas e a disponibilidade comercial das engrenagens. As simulações computacionais, utilizando o ciclo FTP-75, demonstraram que o veículo sem redução apresentou dificuldades para acompanhar as velocidades de referência, principalmente durante as fases de maior aceleração. Por outro lado, o veículo com a redução passou a acompanhar adequadamente o ciclo de condução. A análise do mapa de operação do motor elétrico também indicou uma melhor distribuição dos pontos de torque e rotação, com maior concentração em regiões de elevada eficiência. Como resultado, o consumo específico de energia diminuiu de 0,2421 kWh/km para 0,1966 kWh/km, representando um ganho de eficiência energética de aproximadamente 18,8%. Esses resultados evidenciam os benefícios da relação de transmissão selecionada para o desempenho dinâmico e o aproveitamento energético do veículo.

Conclusão

Conclui-se que a relação de transmissão é um fator determinante para o desempenho e a eficiência energética do veículo elétrico. A implementação da transmissão planetária possibilitou superar as limitações de tração, melhorando o desempenho em seguir o ciclo de condução e as condições de operação do motor. Assim, integrar dinâmica veicular e transmissão é essencial para melhorar a eficiência energética.

Palavras-chave

• Veículos Elétricos
• Eficiência Energética
• Transmissão por engrenagens planetárias
• Simulação dinâmica