吕掌权 唐丽萍
摘 要：大部分电动汽车采用固定速比减速器，该减速器对电机的转速及转矩性能要求较高，电机的利用效率较低。而AMT变速器有能耗低、对电机要求低等优点。因此，本文针对某款电动汽车，分别搭载固定速比减速器和AMT两档变速器进行动力性和经济性能仿真分析，结果显示，搭载AMT两档变速器的电动汽车在动力性和经济性方面均表现较好。
关键词：CRUISE;电动汽车;AMT
近年来由于国民对环境的日益重视以及国家对电动汽车的大力扶植，促进了电动汽车行业的快速发展。但是电动汽车的缺点续航里程不足、使用寿命短、能耗高等问题日益突出[1-2]。对于电动车缺点问题的解决办法有两种，一是依赖于电池技术的突破创新，二是整车传动系统的改善。目前对电动汽车电池技术的研究相对较多[3-4]，而对传动系统的研究相对较少，而传统系统的改善可以有效提高电动汽车的动力性和经济性[5]。日前绝大部分电动汽车使用结构简单、成本低的固定传动比减速器。该减速器对电机的转速及转矩特性要求较高，电机效率相对较低[6]。与采用固定速比的纯电动汽车相比，采用ATM变速器的电动汽车有能耗低、對电机的要求低等优点，这可以充分发挥电机的性能，避免电机持续在高转速下的工作状态[7-8]。从而提高电动汽车的各项性能。因此，本文针对某电动汽车，在保持原其核心部件不变的前提下，分别搭载固定速比减速器和AMT变速器，并分别对整车动力性能各参数进行匹配仿真计算，并在NEDC循环工况下对比固定传动比减速器电动汽车和搭载AMT速器电动汽车的动力性和经济性仿真。
1 整车技术参数
本文以某电动车为研究对象，建立电动汽车的整车动力学模型，该电动汽车的整车基本性能参数和整车动力性能参数分别如表1和表2所示。
2 搭载固定速比减速器电动汽车模型
2.1 搭载固定速比减速器电动汽车模型建立
本文在AVL CRUISE 软件中搭建固定速比减速器电动汽车模型。在每个模块中填入电动汽车的相应参数，其电机和电池参数分别如表1和表2所示，根据汽车最高车速及最大爬坡度，计算主减速器传动比。将动力传递的各个模块加入到模型中，建立正确的信号连接，完成电动汽车模型的建立，如图1所示。
（1）最小传动比的计算
整车在最高车速下行驶，驱动电机所达到的转矩必须能够克服最高车速下行驶中的阻力，因此最小传动比应该满足公式（1）：
根据计算得到最小传动比imin≥3.02
速比的选择取决于许多因素，如最大爬坡度、附着力以及汽车最小稳定车速。根据驱动电机的峰值转矩必须至少能够克服20%坡度时的行驶阻力，空气阻力不计，由此最小传动比还需满足公式（2）：
根据计算得到最小传动比imin≥5.42
（2）最大传动比的计算
汽车最高行驶速度与驱动电机最高转速的关系应该满足公式（3）：
经计算变速器最大传动比imax≤7.43。
因此固定速比减速比的传动比范围为5.42～7.43，在兼顾动力性和经济性的同时，变速器传动比选择6.015。根据需要以及兼顾电动汽车的经济性和动力性并为了减少计算中的客观因素的影响，所以最终确定传动比为6。
2.2 固定速比减速器电动汽车仿真计算及结果
本文主要是为了对比搭载固定速比减速器和搭载AMT变速器的电动汽车的动力性能和经济性能差别，同时对模型进行NEDC循环工况进行仿真，来得到该电动汽车的百公里耗电量、最高车速、加速时间以及爬坡。其仿真分析结果如下：
（1）该电动汽车的最高车速可以达到128km/h;该电动车在满载条件下的最大爬坡为29.70%;
（2）该电动车0-50km/h和50-80km/h加速时间分别为6.74s和4.15s;
（3）该电动汽车在ENDC工况下百公里耗电量为16.2kwh/100km;60km/h等速工况的百公里耗电量为13.32kwh/100km。
3 搭载AMT变速器电动车模型
相对于固定速比减速器电动汽车，匹配两挡AMT可以更好的发挥出纯电动汽车的优势。由于两挡变速器可以使车辆在低速时具有较高的转矩，降低工况对电机最高转速的要求，发挥电机更加高效的工作状态，在保证整车能耗的前提下，改善整车的能耗水平。
3.1 AMT传动比匹配
为了满足电动汽车行驶时各工况的实用要求，两挡AMT变速器的两个挡位速比应满足如下要求：
（1）一档传动比要能够使电动汽车达到最大爬坡性能，同时也考虑到电机的效率。
（2）二挡传动比能够使电动汽车适应高速行车的需要。
一挡传动比i1应满足一下式（4）要求：
式中：i0：车辆主减速器速比
电动汽车在有一定坡度的路面行驶时，车速至少要在20km/h匀速行驶，因此汽车在一挡时的车速ve1要不小于20km/h，因此一档传动比还应满足式（5）。
为了避免车辆打滑，还要电动汽车还应满足附着条件（6）的要求
由以上公式计算得出i1i0取值14.64。
二挡传动比i2要满足最高车速既公式（7）的要求：
通过计算得出i2i0=8.76。在第2节中主减速器的速比选用i0为6，所以i1=2.44， i2=1.46。
3.2 换挡规律匹配
在AVL Cruise软件中，用户可以在换挡模块中定义换挡规律来完成对AMT变速器换挡过程的控制。换挡规律的参数设置如图2所示。
3.3 搭载AMT变速器电动汽车模型建立
在AVL Cruise软件中，建立电机、电池等核心部件与2.1节相同的电动汽车模型，并在模型中添加AMT模块和AMT控制模块，同时将控制信号按要求重新连接，建立完成的模型如图3所示。
3.4 搭载AMT变速器的电动汽车仿真计算及结果
搭载AMT变速器电动汽车的仿真计算采用与固定速比减速器电动汽车相同工况进行仿真计算，其仿真结果如下：
（1）该电动汽车的最高车速可以达到185km/h;该电动车在满载条件下的最大爬坡为46.50%;
（2）该电动车0-50km/h和50-80km/h加速时间分别为2.658s和3.68s;
（3）该电动汽车在ENDC工况下百公里耗电量为13.31kwh/100km;60km/h等速工况的百公里耗电量为10.82kwh/100km。
3.5 搭载AMT与固定速比减速器电动汽车的仿真结果对比分析
本文将搭载固定速比减速器和搭载AMT变速器的电动汽车仿真结果放在一起进行对比分析，其结果如表3所示。通过对比发现，与搭载固定速比减速器的电动车相比，电动汽车的最高车速提高了44.53%，0-50km/h和50-80km/h加速时间分别降低了60.68%和11.33%，NEDC循环工况的百公里耗电量降低了17.84%，60km/h等速工况的百公里耗电量降低了18.77%。因此，搭载AMT变速器的电动汽车不管是在动力性能方面还是经济性方面均比搭载固定速比减速器的电动车表现要好。
4 结论
本文针对某款电动汽车分别对搭载固定速比减速器和搭载AMT变速器进行仿真分析。并将两个仿真结果进行对比，结果显示，与搭载固定速比减速器电动汽车相比，搭载两档AMT变速器电动汽车在动力性和经济性方面均表现较好，电动汽车的最高车速提高了44.53%，0-50km/h和50-80km/h加速時间分别降低了60.68%和11.33%，NEDC循环工况的百公里耗电量降低了17.84%，60km/h等速工况的百公里耗电量降低了18.77%。因此，搭载ATM变速器的电动汽车确实可以降低电动汽车的能耗，可以充分发挥电机的性能，增加电机在高效率状态下工作的几率。搭载AMT变速器可以提高电动汽车的各项性能。
安阳工学院青年基金（QJJ2018005）
参考文献：
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[4]张友龙，袁文强，芮凯，朱成燕.纯电动汽车动力电池技术研究[J].汽车实用技术，2018（17）：19-22.
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