純電動汽車2擋和單擋性能實測對比研究

龍軍、周金應、劉祥

（中國汽車工程研究院股份有限公司 401122)

純電動汽車2擋和單擋性能實測對比研究

龍軍、周金應、劉祥

（中國汽車工程研究院股份有限公司 401122)

本文以純電動汽車用2擋自動變速器和單擋變速器為研究對象，通過理論分析其動力性和經濟性，并嘗試實際測試上述2種變速器的經濟性效果。實測結果表明，應用于純電動汽車的2擋自動變速器相比單擋變速器具有更優的經濟性能。

純電動汽車；兩擋自動變速器；動力性；經濟性

1 前言

純電動汽車采用可充放電儲能系統提供電能，并通過電機轉化為動能以驅動車輛行駛。電機是純電動汽車主要消耗電能的部件。電機的高效運行，一方面是對電能資源的節約，另外一方面是對提高車輛的續航能力，具有很高的實際價值。

周勝[1]分析了基于ADVISOR二次開發的兩擋變速器純電動汽車，并確定了換擋點，分析了單擋變速器的可行性，分析結果得出2擋變速器在續航里程以及制動能量回收上的優越性。郭文劍[2]開發了拉索式2擋電控機械自動變速器，并基于Simulink軟件在NEDC工況下對單擋和2擋變速器的仿真對比分析。冉嘉[3]在某純電動汽車的基礎上，對其擋位數以及傳動比進行了優化，在ADVISOR仿真軟件對不同的擋位進行了仿真分析，結果表明5擋變速器比其他擋位變速器具有更大優勢。劉曉潔[4]對純電動汽車傳動參數進行了分析。

朱曉慧[5]為了提高續駛里程，對裝配不同擋位的變速器，基于Matlab/Simulink平臺對純電動汽車進行了理論與試驗搭建了仿真模型。根據整車性能要求，對幾種擋位數的變速器傳動系數進行了匹配，研究結果表明2擋的AMT變速器性能最好。秦大同[6]基于ECE工況，以電機能耗最小為優化目標，制定了換擋控制策略，與單擋方案相比，調高了續航里程。

基于以上分析，大多研究者從理論上分析了純電動汽車多擋方案的可行性，以及基于軟件仿真得出純電動汽車多擋化在性能上具有優越性。本文通過對某純電動汽車傳動系統參數的匹配，并在實際道路工況上驗證了2擋變速器相比于單擋變速器具有更長的續航里程。

2 動力系統參數匹配

2.1 整車基本參數與性能要求

本文以某純電動汽車為對象為研究，整車參數如表1所示。

表1 某純電動汽車相關參數

?

2.2 驅動電機的參數匹配

電機額定功率需要根據不同運行工況下車輛，所需牽引力功率的大小來確定驅動電機的初選，以確保車輛最高車速計算[7]。

電機峰值功率，必須滿足最高車速及最大爬坡度時的功率Pa以及加速時間的功率Pc確定。

基于以上計算電機的額定功率與峰值功率如下。

純電動汽車使用的電機主要有直流電機、感應電機、永磁無刷電機和開關磁阻電機，主要性能如表2所示。

表2 各種電機基本性能比較

根據以上分析，電機選型基本參數如表3所示。該款電機效率圖如圖1所示

圖1 某款電機效率圖

表3 電機選型基本參數

峰值轉速/（r/min）6 000額定轉矩/N·m 57.8峰值轉矩/N·m 170

2.3 傳動系數的確定

在驅動電機確定的情況下，純電動汽車傳動系統傳動系數的確定需要滿足汽車的性能要求，以及使驅動電機盡可能的高效率工作。

(1)傳動比上限，主要由電機最高轉速和汽車最高速度確定。

其中，nmax為電機最高轉速。

(2)傳動比下限，由汽車最高車速以及對應的行駛阻力確定。

Fumax為最高車速時對應的汽車阻力, Te為驅動電機額定轉矩。

根據以上計算可以分別選取單擋變速器的傳動比為10∶1，2擋變速器的傳動比為15：1（低速擋）和7.5∶1（高速擋）。

3 評價指標分析

3.1 動力性比價指標

汽車動力性評價指標主要可以從三個方面評判，最高車速、加速時間和汽車的最大爬坡度。

其中，Tm為驅動電機輸出轉矩，ua為汽車達到的某一車速。

汽車在平直路面所能達到的最高車速如下。

其中，nmax為驅動電機最高轉速，imin為傳動系統最小傳動比。

3.2 經濟性評價指標

汽車的經濟性能指標主要有等速工況下的行駛里程，最大行駛里程和單位能耗里程等。

本文選取某測試工況最大行駛里程為評價指標。

4 單擋與多擋兩種方案續航能力的實測對比

為了驗證2擋自動變速器在純電動汽車上的對節能效果，以某款純電動汽車為載體，分別安裝單速比變速器、2擋自動變速器以相似的工況和測試條件測量車輛的續航能力。

4.1 某款純電動汽車主要參數（圖2）

總質量2 000 kg，最高車速80 km/h。

圖2 測試車輛照片

4.2 測試環境及路況

環境溫度22～25℃，路況為瀝青平路。

4.3 測試方法

分別對安裝上述2種不同變速器（其他部件未變）的同一款純電動車行駛相同的道路（圖3）。

先測試安裝單速比變速器的車輛行駛里程。確保車輛在起點時的電量SOC為80%，并清零里程表。之后起動車輛并控制車輛時速在75～80 km/h之間，直到其電量SOC下降到50%為止，停止行駛并記錄里程數。以上述相同的方法測試3遍。

再測試安裝兩擋自動變速器的同一臺車輛行駛里程。同樣以上述相同的方法測試3遍。測試數據如表4所示。

表4 測試數據

圖3 測試道路照片

通過測試對比，在純電動汽車以最高車速行駛的情況下，采用2擋自動變速器的純電動汽車較采用單速比變速器的純電動汽車，其續航里程有提升，也即實現了節能的效果。

5 結束語

2擋變速器，隨著轉速的提高，特別是達到額定轉速以上，相比于單擋變速器，可以使驅動電機工作在經濟區間。通過實際測試和數據對比，采用2擋自動變速器的純電動汽車較采用單速比變速器的純電動汽車，在同等行駛條件下具有更長的續航能力，其驗證了上述理論分析的正確性。基于上述研究，2擋自動變速器在純電動汽車上的應用具有發展前景。

[1]周勝.純電動汽車動力性及經濟性分析[D].長沙:湖南大學,2013.

[2]郭文劍.純電動汽車兩擋AMT動力匹配及性能研究[D].長沙：湖南大學，2016.

[3]冉嘉.純電動汽車傳動參數匹配與傳動比優化研究[D].重慶：西南大學，2016.

[4]劉曉潔,別玉娟.純電動汽車動力匹配的設計與實現[J].產業與科技論壇，2015(10):55-56.

[5]朱曉慧．純電動汽車傳動系統多擋化對整車性能影響的研究[D].合肥:合肥工業大學,2016.

[6]秦大同,周保華,胡明輝,等.兩擋電動汽車動力傳動系統的參數設計[J].重慶大學學報,2011，34(1):1-6.

[7]姬芬竹,高峰.電動汽車驅動電機和傳動系統的參數匹配[J].華南理工大學學報(自然科學版),2006,34(4):33-37.

U469.72文獻標示碼A

龍軍（1980—），男，本科，研究方向為從事整車試驗與研究工作。