純電動汽車AMT兩檔換擋規(guī)律分析

冉滔，方玲玲，彭思慧

純電動汽車AMT兩檔換擋規(guī)律分析

冉滔1，方玲玲2，彭思慧2

（1.重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074；2.重慶交通大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，重慶 400074）

為了研究純電動汽車基于機(jī)械是自動變速器（AMT）的換擋規(guī)律，文章分別以加速最短為目標(biāo)及驅(qū)動電機(jī)輸出效率最優(yōu)為目標(biāo)研究制定了最佳動力性換擋規(guī)律和最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律，從而得出綜合性換擋規(guī)律。結(jié)果顯示汽車行駛時處于中低速時以經(jīng)濟(jì)性為主，高速時以動力性為主。

AMT；經(jīng)濟(jì)性；動力性；換擋規(guī)律

前言

傳統(tǒng)汽車無論是從節(jié)能環(huán)保還是舒適性來說已不再能滿足現(xiàn)代人對于汽車的追求，以電動汽車為特色的新能源汽車應(yīng)運(yùn)而生。通過改變汽車的動力裝置，打破傳統(tǒng)手動變速器的局限來提高汽車的動力性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性。純電動汽車是指汽車形勢所需要的動力全部來源于電機(jī)，汽車通過本身攜帶的儲電裝置及可充電的電池組提供電能驅(qū)動。AMT機(jī)械式自動變速器與電動汽車的結(jié)合減輕了駕駛員的操作負(fù)擔(dān)，提高了汽車動力性能和換擋時的平穩(wěn)性。本文通過研究純電動汽車AMT兩檔換擋規(guī)律及利用Matlab仿真分析，以驗(yàn)證換檔策略的可行性。

1 驅(qū)動電機(jī)的工作特性

電動汽車的驅(qū)動電機(jī)是汽車的動力源，其性能的好壞直接影響汽車行駛性能的好壞。本文主要以重慶某電機(jī)廠的電機(jī)為研究對象，部分參數(shù)如表1。

表1 驅(qū)動電機(jī)部分參數(shù)

其電機(jī)的萬有特性圖如圖1。

2 換擋規(guī)律的制定

汽車在行駛過程中平穩(wěn)的換擋過程對于汽車本身的安全性以及車內(nèi)乘客的舒適性都起著很大的關(guān)系。在汽車發(fā)展過程中形成了一些變速器換擋規(guī)律，掌握好換擋的最佳規(guī)律點(diǎn)，可以在很大程度上影響行駛過程中的動力性、經(jīng)濟(jì)性以及舒適性。如下圖2為電控機(jī)械式自動變速器（AMT）系統(tǒng)工作原理圖，主要是在傳統(tǒng)的手動式機(jī)械變速器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，可以看出AMT保留了手動變速器的大部分重要部件，這在很大程度上減輕了制造成本。AMT與傳統(tǒng)的手動變速器相比，最大的區(qū)別就是通過電機(jī)控離合器和換擋裝置取代了手動換擋操作，減輕了駕駛員的操作難度也提高了換擋的平穩(wěn)性。

圖2 AMT變速器系統(tǒng)工作原理

在行車過程中，除了基本的行駛能力外，還追求汽車行駛的動力性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)油門開度較小時可以使得耗電最少，經(jīng)濟(jì)性最好但動力性不足。當(dāng)油門開度達(dá)到最大時，汽車擁有最大的動力，但同時也增加了汽車的耗電能力。如何保證經(jīng)濟(jì)性的同時追求較好的動力性是現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文將從兩個極端對汽車換擋規(guī)律進(jìn)行研究從而探討兩者間的相對平衡位置。

2.1 最佳動力性換擋規(guī)律

汽車主要由汽車加速時間、最高車速以及最大爬坡度三個指標(biāo)來衡量汽車的動力性能。本文以兩參數(shù)換擋策略的加速度時間最短為目標(biāo)，在同一油門開度的前提下，采集換擋前后加速度相等或無限接近的換擋點(diǎn)為最佳動力性換擋點(diǎn)。

由汽車?yán)碚撝R可知汽車的行駛方程為：

其中，為驅(qū)動電機(jī)輸出力矩；i,i分別表示變速器傳動比和主減速器傳動比；η為傳動效率；為車輪滾動半徑；為滾動阻力系數(shù)；C為風(fēng)阻系數(shù)；為汽車迎風(fēng)面積；為道路傾角；為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，其值為：

又由汽車行駛速度與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：

因此得出：

在加速度踏板開度為100%時，根據(jù)驅(qū)動電機(jī)萬有特性圖及相關(guān)參數(shù)，結(jié)合理論公式得到如下圖3換速度變化圖：

由上圖可以看出在行駛過程中當(dāng)I檔達(dá)和II檔在某一時刻加速度相等，此時即為最佳動力性換擋點(diǎn)。同理根據(jù)以上過程對加速踏板開度為0-1之間的換擋點(diǎn)進(jìn)行研究，所對應(yīng)的加速度相等或相近的點(diǎn)即為最佳動力性換擋點(diǎn)。

2.2 最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律

對于純電動汽車通常以AMT變速器使汽車在比較低的能量消耗的狀況或者效率較高的狀況下行駛的換擋規(guī)律稱為最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律。也即是使汽車的驅(qū)動電機(jī)工作在高效率區(qū)的換擋規(guī)律。

由（2）和（4）式可以得出：

所以

為使得驅(qū)動電機(jī)工作在高效率區(qū)，故可推出換擋點(diǎn)的公式為：

當(dāng)加速度踏板開度為100%時，可得如下圖4所示的靜態(tài)最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律，同理可得出在加速度踏板開度為0-1之間時的換擋規(guī)律。

3 綜合換擋分析

圖5 綜合換擋規(guī)律

以上已確定了最佳動力性換擋規(guī)律和最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律，可以得出在加速踏板在中小開度時的，汽車的行駛過程更加傾向于經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)踏板開度比較大時更加傾向于汽車的動力性。因此綜合考慮下的換擋規(guī)律如圖5。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)驅(qū)動電機(jī)的特性分析經(jīng)濟(jì)性及動力性換擋規(guī)律，制定了加速踏板開度和換擋速度雙參數(shù)的綜合換擋規(guī)律。結(jié)果展示了在對于汽車追求不同時所對應(yīng)的不同的行駛工況，但本文研究深度還有所欠缺，對于動態(tài)的行駛換擋規(guī)律利用本文的結(jié)果會存在一定的誤差，因中低速時以經(jīng)濟(jì)性為主，高速時以動力性為主。此可以對此進(jìn)行優(yōu)化得到更加準(zhǔn)確的換擋策略。

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Analysis of two-shift schedule of pure electric vehicle AMT

Ran Tao1, Fang Lingling2, Peng Sihui2

( 1.School of Mechanical and Vehicle Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074; 2.Art design college, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074 )

In order to study the shifting law of pure electric vehicles based on mechanical automatic transmission (AMT), this paper specifies the optimal dynamic shifting rules and the best economy with the aim of the shortest acceleration and the optimal output efficiency of the driving motor. The shifting law is used to obtain a comprehensive shifting rule. The result shows that the automobile is mainly at the middle and low speed when driving, and the power is dominant at high speed.

AMT; economy; dynamic; shifting law

U461.2

A

1671-7988(2019)13-06-03

U461.2

A

1671-7988(2019)13-06-03

冉滔，就讀于重慶交通大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院。研究方向：汽車工程。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.002