呂掌權(quán)　唐麗萍

摘 要：大部分電動(dòng)汽車采用固定速比減速器，該減速器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩性能要求較高，電機(jī)的利用效率較低。而AMT變速器有能耗低、對(duì)電機(jī)要求低等優(yōu)點(diǎn)。因此，本文針對(duì)某款電動(dòng)汽車，分別搭載固定速比減速器和AMT兩檔變速器進(jìn)行動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性能仿真分析，結(jié)果顯示，搭載AMT兩檔變速器的電動(dòng)汽車在動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性方面均表現(xiàn)較好。

關(guān)鍵詞：CRUISE;電動(dòng)汽車;AMT

近年來(lái)由于國(guó)民對(duì)環(huán)境的日益重視以及國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車的大力扶植，促進(jìn)了電動(dòng)汽車行業(yè)的快速發(fā)展。但是電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)續(xù)航里程不足、使用壽命短、能耗高等問(wèn)題日益突出[1-2]。對(duì)于電動(dòng)車缺點(diǎn)問(wèn)題的解決辦法有兩種，一是依賴于電池技術(shù)的突破創(chuàng)新，二是整車傳動(dòng)系統(tǒng)的改善。目前對(duì)電動(dòng)汽車電池技術(shù)的研究相對(duì)較多[3-4]，而對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的研究相對(duì)較少，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的改善可以有效提高電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性[5]。日前絕大部分電動(dòng)汽車使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的固定傳動(dòng)比減速器。該減速器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩特性要求較高，電機(jī)效率相對(duì)較低[6]。與采用固定速比的純電動(dòng)汽車相比，采用ATM變速器的電動(dòng)汽車有能耗低、對(duì)電機(jī)的要求低等優(yōu)點(diǎn)，這可以充分發(fā)揮電機(jī)的性能，避免電機(jī)持續(xù)在高轉(zhuǎn)速下的工作狀態(tài)[7-8]。從而提高電動(dòng)汽車的各項(xiàng)性能。因此，本文針對(duì)某電動(dòng)汽車，在保持原其核心部件不變的前提下，分別搭載固定速比減速器和AMT變速器，并分別對(duì)整車動(dòng)力性能各參數(shù)進(jìn)行匹配仿真計(jì)算，并在NEDC循環(huán)工況下對(duì)比固定傳動(dòng)比減速器電動(dòng)汽車和搭載AMT速器電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性仿真。

1 整車技術(shù)參數(shù)

本文以某電動(dòng)車為研究對(duì)象，建立電動(dòng)汽車的整車動(dòng)力學(xué)模型，該電動(dòng)汽車的整車基本性能參數(shù)和整車動(dòng)力性能參數(shù)分別如表1和表2所示。

2 搭載固定速比減速器電動(dòng)汽車模型

2.1 搭載固定速比減速器電動(dòng)汽車模型建立

本文在AVL CRUISE 軟件中搭建固定速比減速器電動(dòng)汽車模型。在每個(gè)模塊中填入電動(dòng)汽車的相應(yīng)參數(shù)，其電機(jī)和電池參數(shù)分別如表1和表2所示，根據(jù)汽車最高車速及最大爬坡度，計(jì)算主減速器傳動(dòng)比。將動(dòng)力傳遞的各個(gè)模塊加入到模型中，建立正確的信號(hào)連接，完成電動(dòng)汽車模型的建立，如圖1所示。

（1）最小傳動(dòng)比的計(jì)算

整車在最高車速下行駛，驅(qū)動(dòng)電機(jī)所達(dá)到的轉(zhuǎn)矩必須能夠克服最高車速下行駛中的阻力，因此最小傳動(dòng)比應(yīng)該滿足公式（1）：

根據(jù)計(jì)算得到最小傳動(dòng)比imin≥3.02

速比的選擇取決于許多因素，如最大爬坡度、附著力以及汽車最小穩(wěn)定車速。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩必須至少能夠克服20%坡度時(shí)的行駛阻力，空氣阻力不計(jì)，由此最小傳動(dòng)比還需滿足公式（2）：

根據(jù)計(jì)算得到最小傳動(dòng)比imin≥5.42

（2）最大傳動(dòng)比的計(jì)算

汽車最高行駛速度與驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的關(guān)系應(yīng)該滿足公式（3）：

經(jīng)計(jì)算變速器最大傳動(dòng)比imax≤7.43。

因此固定速比減速比的傳動(dòng)比范圍為5.42～7.43，在兼顧動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，變速器傳動(dòng)比選擇6.015。根據(jù)需要以及兼顧電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性并為了減少計(jì)算中的客觀因素的影響，所以最終確定傳動(dòng)比為6。

2.2 固定速比減速器電動(dòng)汽車仿真計(jì)算及結(jié)果

本文主要是為了對(duì)比搭載固定速比減速器和搭載AMT變速器的電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能差別，同時(shí)對(duì)模型進(jìn)行NEDC循環(huán)工況進(jìn)行仿真，來(lái)得到該電動(dòng)汽車的百公里耗電量、最高車速、加速時(shí)間以及爬坡。其仿真分析結(jié)果如下：

（1）該電動(dòng)汽車的最高車速可以達(dá)到128km/h;該電動(dòng)車在滿載條件下的最大爬坡為29.70%;

（2）該電動(dòng)車0-50km/h和50-80km/h加速時(shí)間分別為6.74s和4.15s;

（3）該電動(dòng)汽車在ENDC工況下百公里耗電量為16.2kwh/100km;60km/h等速工況的百公里耗電量為13.32kwh/100km。

3 搭載AMT變速器電動(dòng)車模型

相對(duì)于固定速比減速器電動(dòng)汽車，匹配兩擋AMT可以更好的發(fā)揮出純電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)。由于兩擋變速器可以使車輛在低速時(shí)具有較高的轉(zhuǎn)矩，降低工況對(duì)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的要求，發(fā)揮電機(jī)更加高效的工作狀態(tài)，在保證整車能耗的前提下，改善整車的能耗水平。

3.1 AMT傳動(dòng)比匹配

為了滿足電動(dòng)汽車行駛時(shí)各工況的實(shí)用要求，兩擋AMT變速器的兩個(gè)擋位速比應(yīng)滿足如下要求：

（1）一檔傳動(dòng)比要能夠使電動(dòng)汽車達(dá)到最大爬坡性能，同時(shí)也考慮到電機(jī)的效率。

（2）二擋傳動(dòng)比能夠使電動(dòng)汽車適應(yīng)高速行車的需要。

一擋傳動(dòng)比i1應(yīng)滿足一下式（4）要求：

式中：i0：車輛主減速器速比

電動(dòng)汽車在有一定坡度的路面行駛時(shí)，車速至少要在20km/h勻速行駛，因此汽車在一擋時(shí)的車速ve1要不小于20km/h，因此一檔傳動(dòng)比還應(yīng)滿足式（5）。

為了避免車輛打滑，還要電動(dòng)汽車還應(yīng)滿足附著條件（6）的要求

由以上公式計(jì)算得出i1i0取值14.64。

二擋傳動(dòng)比i2要滿足最高車速既公式（7）的要求：

通過(guò)計(jì)算得出i2i0=8.76。在第2節(jié)中主減速器的速比選用i0為6，所以i1=2.44， i2=1.46。

3.2 換擋規(guī)律匹配

在AVL Cruise軟件中，用戶可以在換擋模塊中定義換擋規(guī)律來(lái)完成對(duì)AMT變速器換擋過(guò)程的控制。換擋規(guī)律的參數(shù)設(shè)置如圖2所示。

3.3 搭載AMT變速器電動(dòng)汽車模型建立

在AVL Cruise軟件中，建立電機(jī)、電池等核心部件與2.1節(jié)相同的電動(dòng)汽車模型，并在模型中添加AMT模塊和AMT控制模塊，同時(shí)將控制信號(hào)按要求重新連接，建立完成的模型如圖3所示。

3.4 搭載AMT變速器的電動(dòng)汽車仿真計(jì)算及結(jié)果

搭載AMT變速器電動(dòng)汽車的仿真計(jì)算采用與固定速比減速器電動(dòng)汽車相同工況進(jìn)行仿真計(jì)算，其仿真結(jié)果如下：

（1）該電動(dòng)汽車的最高車速可以達(dá)到185km/h;該電動(dòng)車在滿載條件下的最大爬坡為46.50%;

（2）該電動(dòng)車0-50km/h和50-80km/h加速時(shí)間分別為2.658s和3.68s;

（3）該電動(dòng)汽車在ENDC工況下百公里耗電量為13.31kwh/100km;60km/h等速工況的百公里耗電量為10.82kwh/100km。

3.5 搭載AMT與固定速比減速器電動(dòng)汽車的仿真結(jié)果對(duì)比分析

本文將搭載固定速比減速器和搭載AMT變速器的電動(dòng)汽車仿真結(jié)果放在一起進(jìn)行對(duì)比分析，其結(jié)果如表3所示。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，與搭載固定速比減速器的電動(dòng)車相比，電動(dòng)汽車的最高車速提高了44.53%，0-50km/h和50-80km/h加速時(shí)間分別降低了60.68%和11.33%，NEDC循環(huán)工況的百公里耗電量降低了17.84%，60km/h等速工況的百公里耗電量降低了18.77%。因此，搭載AMT變速器的電動(dòng)汽車不管是在動(dòng)力性能方面還是經(jīng)濟(jì)性方面均比搭載固定速比減速器的電動(dòng)車表現(xiàn)要好。

4 結(jié)論

本文針對(duì)某款電動(dòng)汽車分別對(duì)搭載固定速比減速器和搭載AMT變速器進(jìn)行仿真分析。并將兩個(gè)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，與搭載固定速比減速器電動(dòng)汽車相比，搭載兩檔AMT變速器電動(dòng)汽車在動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性方面均表現(xiàn)較好，電動(dòng)汽車的最高車速提高了44.53%，0-50km/h和50-80km/h加速時(shí)間分別降低了60.68%和11.33%，NEDC循環(huán)工況的百公里耗電量降低了17.84%，60km/h等速工況的百公里耗電量降低了18.77%。因此，搭載ATM變速器的電動(dòng)汽車確實(shí)可以降低電動(dòng)汽車的能耗，可以充分發(fā)揮電機(jī)的性能，增加電機(jī)在高效率狀態(tài)下工作的幾率。搭載AMT變速器可以提高電動(dòng)汽車的各項(xiàng)性能。

安陽(yáng)工學(xué)院青年基金（QJJ2018005）

參考文獻(xiàn)：

[1]伍賽特.汽車節(jié)能減排技術(shù)研究及展望[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2019（07）：29-3

[2]孫振勇.電動(dòng)汽車技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，49（18）：113.

[3]張美迪.電動(dòng)汽車電池的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（15）：230-231.

[4]張友龍，袁文強(qiáng)，芮凱，朱成燕.純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2018（17）：19-22.

[5]張亞萍，羅鈿，李彥晶.增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2019，41（08）：91-94.

[6]朱曉慧. 純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)多檔化對(duì)整車性能影響的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2016.

[7]王小軍，蔡源春，周云山，高帥.自動(dòng)變速器匹配對(duì)純電動(dòng)汽車能耗影響的研究[J].汽車工程，2014，36（07）：871-878.

[8]王雪敏. 純電動(dòng)汽車專用兩檔自動(dòng)變速器參數(shù)匹配設(shè)計(jì)及優(yōu)化[D].重慶大學(xué)，2016.