周 洋，張娟萍

(上海大眾汽車有限公司，上海 201805)

能源短缺與環(huán)境污染的挑戰(zhàn)使得清潔能源汽車受到越來越多的關(guān)注，作為研究重點之一的純電動汽車，發(fā)展前景廣闊。減速器作為傳動系統(tǒng)中的重要組成部分是電動汽車研究的重點項目之一。電動機的起動轉(zhuǎn)矩很大，可實現(xiàn)低速恒扭矩、高速恒功率的工作模式，且易實現(xiàn)無級調(diào)速。為提高傳動系統(tǒng)效率，選擇結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的固定速比減速器。

1 減速器速比選擇

以某型號電動汽車為研究對象，在已有的動力傳動系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計基礎(chǔ)上，建立電動汽車整車驅(qū)動模型。首先應(yīng)用理論公式計算減速器速比選擇的大致范圍，再通過仿真模擬整車特性，選擇不同的速比對比分析車輛動力性與續(xù)駛里程的最優(yōu)狀態(tài)，最后得出減速器的最佳速比范圍。

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

在電動機輸出特性一定時，減速器速比的選擇，依賴于整車的動力性能指標要求。影響電動汽車動力性能的因素很多，不僅與整車及各部件的參數(shù)有關(guān)，而且也與駕駛工況等密切相關(guān)。

根據(jù)國家及地方法規(guī)［1-2］，并參考乘用車駕駛員對車輛的性能要求，純電動汽車主要技術(shù)參數(shù)及整車動力性參數(shù)為:

1)整車。①主要技術(shù)參數(shù)。長×寬×高=4 598 mm×1 740 mm×1 452 mm、整備質(zhì)量1 550 kg、迎風面積2 m2、空氣阻力系數(shù)0.33、滾動阻力系數(shù)0.012、輪胎滾動半徑295 mm、軸距2 600 mm。②主要動力性參數(shù)。最大車速120 km/h、最大爬坡度30%、0～50 km/h的加速時間＜6 s、0～100 km/h的加速時間＜12 s、60 km/h續(xù)駛里程為160 km、工況法續(xù)駛里程為110 km。

2)電機參數(shù)。最大功率為85 kW、最大扭矩為260 N·m。

3)蓄電池參數(shù)。能量為25 kW·h、電壓為290 V、SOC范圍為95% ～20%。

4)減速器效率。97%。

1.2 減速器速比選擇范圍

電動汽車機械傳動系統(tǒng)的主要部件包括固定速比減速器、差速器、半軸、驅(qū)動車輪等。減速器速比i的選擇直接影響車輛傳動系統(tǒng)的工作性能，如果選擇不當，將對整車性能產(chǎn)生不利影響，根據(jù)汽車理論經(jīng)驗公式［3］得出減速器速比的大致選擇范圍。

1)速比上限的選擇

速比上限i1的計算公式為

式中 nmax為電機轉(zhuǎn)速上限，nmax=13 000 r/min;umax為車速上限，umax=120 km/h;r為車輪滾動半徑。

計算得 i1≤11.52。

2)速比下限的選擇

由電動機最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的最大輸出扭矩Tumax和最高車速對應(yīng)的行駛阻力Fumax確定傳動系速比的下限i2，計算公式為

式中 η為傳動系效率。

計算得 i2≥4.82。

由電動機最大輸出扭矩Tamax和最大爬坡度對應(yīng)的行駛阻力Famax確定速比的下限i3，計算公式為

計算得 i3≥5.21。

選取i2與i3中的最大值為速比下限，為5.21。因此，減速器速比大致范圍為5～12。

為進一步精確定義減速器速比選擇范圍，在其它邊界條件如滾動阻力、電動機輸出扭矩特性、空氣阻力等不變的情況下，通過車輛性能仿真軟件分別選擇不同的速比進行仿真，最后根據(jù)車輛行駛性能的仿真結(jié)果更準確的確定速比范圍。

1.3 循環(huán)工況的選擇

車輛行駛過程中，為適應(yīng)不同的道路狀況，需要不斷改變行駛速度和行駛狀態(tài)，如加速、恒速或減速，實際的車輛速度非常復(fù)雜，不可能是線性的，本文按照文獻［2］中的NEDC行駛工況進行仿真。

1.4 電動汽車性能仿真

參考現(xiàn)有電動汽車傳動系仿真方法［4-5］，利用GT仿真軟件中的仿真模型(電機、蓄電池、驅(qū)動電機、控制器等已經(jīng)與實物實測結(jié)果進行過多次對比糾正，該模型已經(jīng)搭建成為成熟的整車環(huán)境)，基于以上整車環(huán)境及動力性行駛性能要求，在電機/電池等核心零部件參數(shù)一致的情況下，分別對不同速比(5～12)進行整車動力性能仿真［6-7］，分析減速器速比的參數(shù)設(shè)計對車輛動力性能的影響［8］，并給出仿真結(jié)果如表1～2。

表1 仿真結(jié)果對比

表2 不同車速下勻速行駛的續(xù)駛里程

1.5 仿真結(jié)果分析

1)最高車速及最大爬坡度。結(jié)合表1～2中仿真結(jié)果，根據(jù)整車動力參數(shù)的要求最大車速≮120 km/h，則速比i≤11;最大爬坡度≮30%，則i≥7;因此i=7～11。

2)加速性能。由表1可知，0～100 km/h加速時i=9～11時加速性能達到最優(yōu)，而0～50 km/h加速時的加速時間在i=10～11間最優(yōu)，50～80 km/h加速時的加速時間在i=7～9最優(yōu)。

3)續(xù)駛里程。由表1～2可知，隨著速比的增加以及車速增大，續(xù)駛里程逐漸減小。車輛如保持勻速行駛，能有效提高車輛的續(xù)駛里程。車輛勻速行駛速度越高，由于風阻及輪胎滾動阻力增加，續(xù)駛里程將會減少。

因此i=7～11。

2 實車驗證

以某型號的純電動汽車為試驗樣車(無能量回饋功能)，樣車動力性能指標參數(shù)為:最大車速為120 km/h、最大爬坡度為30%、0～100 km/h的加速時間＜12 s、續(xù)駛里程為110 km。

根據(jù)該車整車性能定義，選取固定速比為9.5的減速器做試驗［9-12］，實車測得最大車速為145 km/h、最大爬坡度為49%、0～100 km/h的加速時間為11.5 s、續(xù)駛里程為115.21 km，滿足原樣車的動力性能指標要求。

將i=9.5時的實車試驗數(shù)據(jù)與表1中i=9、i=10時的仿真數(shù)據(jù)對比可知，其最大車速與最大爬坡度的實測數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果相近，加速性能與續(xù)駛里程數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)誤差值很小，基本在3%之內(nèi)，進一步驗證了該仿真結(jié)果數(shù)據(jù)的可靠性，說明i=7～11能夠很好的滿足整車設(shè)計要求［13-16］。

3 結(jié)語

1)電動汽車驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)區(qū)間大，在減速器固定速比條件下，通過電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)實現(xiàn)車輛在0～120 km/h行駛，且純電動汽車經(jīng)常行駛在城市較好的路面上，車流密度較大，車速經(jīng)常在60 km/h以內(nèi)，速度變化范圍不大，加上電機具有良好的驅(qū)動特性，因此采用固定減速比，既保證了電機低速高扭矩特性的發(fā)揮，又減輕了重量，確保使用單級減速器的經(jīng)濟性。

2)在保證車輛最高車速的前提下，整車參數(shù)一定，為保證車輛的加速性能及續(xù)駛里程，i=9～11為最優(yōu)選擇值。如整車性能定義中偏重0～50 km/h的加速性能，速比應(yīng)偏上限選擇，如偏重50～80 km/h的加速性能，速比應(yīng)偏下限選擇，如偏重0～100 km/h的加速性能，速比應(yīng)偏中間選擇。

3)車輛續(xù)駛里程在i=8～11時區(qū)別不大，所以在考慮車輛行駛性能要求的前提下，應(yīng)綜合選擇適合整車性能定義的速比范圍。

［1］中國國家標準化管理委員會.GB/T 18385—2005 電動汽車動力性能實驗方法［S］.北京:中國標準出版社，2005.

［2］中國國家標準化管理委員會.GB/T 18386—2005 電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗［S］.北京:中國標準出版社，2005.

［3］余志生.汽車理論［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2000.

［4］姬芬竹，高峰，吳志新.純電動汽車傳動系參數(shù)的區(qū)間優(yōu)化方法［J］.農(nóng)業(yè)機械學報，2006，37(3):5-7.

［5］姬芬竹，高峰，吳志新.電動車傳動系和整車質(zhì)量對續(xù)駛里程的影響［J］.機械科學與技術(shù)，2006，25(7):840-843.

［6］姬芬竹，高峰，周榮.純電動汽車傳動系參數(shù)匹配的研究［J］.汽車科技，2005(6):22-25.

［7］姬芬竹，高峰，吳志新.電動汽車傳動系參數(shù)設(shè)計及動力性仿真［J］.北京航空航天大學學報，2006，32(1):8-11.

［8］李國良，初亮，魯和安.電動汽車續(xù)駛里程的影響因素［J］.吉林工業(yè)大學學報:自然科學版，2000，30(3):20-23.

［9］范大鵬，吳光強.無級變速傳動系統(tǒng)的新型建模方法研究［J］.山東交通學院學報，2007，15(4):5-9.

［10］王昕彥，趙萬勝，李剛.自動變速器車輛參數(shù)的模糊匹配及性能評價［J］.山東交通學院學報，2007，15(3):1-5.

［11］張桂榮，肖玉軍.混合動力電動汽車及其驅(qū)動模式［J］.山東交通學院學報，2007，15(2):30-35.

［12］景柱符，純明，干年妃.純電動汽車動力傳動系統(tǒng)的匹配與仿真［J］.汽車工程學報，2013，3(1):54-58.

［13］王建，梁銳，張立軍.電動車動力傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)特性研究［J］.上海汽車，2011(4):3-8.

［14］曹秉剛，張傳偉，白志峰，等.電動汽車技術(shù)進展和發(fā)展趨勢［J］.西安交通學院學報，2004，38(1):1-5.

［15］楊金星，喬維高，劉寵譽.電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計［J］.汽車工程師，2009(12):31-32.

［16］陳惠賢，王上鋒，董新利.基于ADVISOR的電動汽車傳動系統(tǒng)最優(yōu)匹配的研究［J］.科學技術(shù)與工程，2010，10(2):559-561.