純電動汽車兩檔變速器動力經(jīng)濟性探析

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摘要：“雙積分”政策的實施，推動了汽車行業(yè)的進步，以及“雙碳”戰(zhàn)略的提出，更刺激新能源汽車市場的發(fā)展。隨著電驅(qū)技術(shù)的日益完善以及成本的降低，電動汽車越來約被消費者所接受，企業(yè)所重視。面對日益提升的駕駛需求以及電機成本的優(yōu)化壓力，單速變速器存在一定弊端，就如傳統(tǒng)汽車一樣，從早期的4AT、6AT到現(xiàn)在的8AT甚至更多檔位的變速器，電動汽車多檔化勢在必行。

關(guān)鍵詞：電動汽車兩檔變速器動力經(jīng)濟性仿真

1前言

現(xiàn)在市場在售車型大多是電動汽車單速減速器，電動乘用車最高車速一般設(shè)計在150km/h以上，同時為了兼顧低速時的爬坡性能，需要把驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速設(shè)計得較高，常在10000轉(zhuǎn)/分鐘以上，甚至更高，因不存在檔位變化，減速器的增扭是一定的，需要把電機的過載系數(shù)或著把電機性能設(shè)計的較大才能滿足全速段的駕駛需求，增加了電機的成本。本文就現(xiàn)有某車型和電機參數(shù)，進行單檔、兩檔的速比設(shè)計，通過Matlab/Simulink對兩種變速器的動力經(jīng)濟性進行仿真分析。

2仿真模型組成

3仿真輸入?yún)?shù)

3.1整車基本參數(shù)（表1）

3.2能耗循環(huán)工況

GB/T18386.1-2021《電動汽車能量消耗量和續(xù)駛里程》已正式，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試驗循環(huán)按照GB/T38146.1-2019中所述的中國輕型汽車行駛工況進行，本文研究對象為M1類乘用車，選取了CLTC-P循環(huán)工況。

4速比匹配仿真

4.1整車設(shè)計目標(biāo)

本車型設(shè)計目標(biāo)主要有兩個：①滿載最大爬坡度>35%@10km/h；②最高車速>150km/h。

4.2單速變速器總速比設(shè)計

4.2.1根據(jù)最高車速要求設(shè)計速比。根據(jù)車速與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式式中，u為車速，n為電機轉(zhuǎn)速，r為車輪滾動半徑，igi0為總速比，記為i（電機至驅(qū)動半軸），根據(jù)最高車速要求，得出i1<9.77。在最高車速umax=150km/h時，根據(jù)功率平衡，求所需功率為：=42.5kW，現(xiàn)有電機功率可以滿足最高車速需求。4.2.2根據(jù)滿載最大爬坡度要求設(shè)計速比。計算最小需求總速比i2,滿載以10km/h爬35%坡度時，車速較低時忽略空氣阻力[1]，計算最小滿足要求的最小總速比i2：矩消耗，取單速減速器總速比為is=9.5，查圖[2]選取質(zhì)量換算系數(shù)δ=1.17。22AFu++=••uCB（5）本文選取F2為仿真阻力，或與實際測試更為接近。同時，在仿真時考慮加速阻力：dtdumFj=δ（6）根據(jù)以上參數(shù)，代入仿真模型計算主要數(shù)據(jù)如下表：小結(jié)：如圖3，單檔變速器驅(qū)動電機運行分布在低扭矩區(qū)域較多且零散，循環(huán)正扭矩平均值為25.3N.m，驅(qū)動電機在低效率區(qū)域運行較多。

4.3兩檔變速器總速比設(shè)計

從單速減速器工況仿真結(jié)果來看，設(shè)法把電機輸出扭矩適當(dāng)調(diào)高，進入更高效的區(qū)域概率更大，由驅(qū)動力公式：riiTFtgtqtη0=（7）可知，驅(qū)動力一定時，減小總速比可以提高驅(qū)動電機輸出扭矩。4.3.1由循環(huán)平均扭矩設(shè)計第二檔速比。由效率圖可知，電機在1000r/min以上時，輸出扭矩達到40N.m以上基本進入了比較高效的區(qū)域，取單速減速器速比is=9.5，計算第二檔速比范圍：3.25(40/)2⋅≤sdii（8）得id2≤6.0。4.3.2根據(jù)最大附著力選取最大速比前輪驅(qū)動的汽車，最大速比上限應(yīng)滿足[3]：LTmgrbiitgηϕmax0≤（9）式中，b為汽車質(zhì)心至后軸距離；L為軸距；φ為路面附著系數(shù)，取1，設(shè)滿載載荷前后均勻分布，計算得id1≤12.2。4.3.3根據(jù)一、二檔加速度設(shè)計兩檔速比。由3.3.1結(jié)果，取id2=6.0，為了滿足駕駛性需求，要求換擋后動力不中斷，要求2檔基速下的驅(qū)動力不小于1檔最高轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動力[3]，有：max11295509550niPiPndd⋅⋅≥⋅⋅（10）式中，n1為電機基速，P為電機最大功率，nmax為電機最高轉(zhuǎn)速，求得id1≤18.0。綜上，選取兩檔總速比分別為：id1=12.0；id2=6.0，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)δ分別取1.25和1.07。4.4兩檔變速器仿真結(jié)果4.4.1仿真指標(biāo)結(jié)果。如圖4所示，工況循環(huán)中2檔使用比例明顯高于一檔，提升了驅(qū)動電機的設(shè)計利用率。在循環(huán)工況中，電機使用的最高轉(zhuǎn)速明顯降低，參考整車設(shè)計指標(biāo)，在使用兩檔變速器時，驅(qū)動電機的最高轉(zhuǎn)速可以設(shè)計得更低，即可滿足整車設(shè)計需求。

5小結(jié)

通過最大附著力和平均期望扭矩，設(shè)計了兩檔變速器總速比，通過仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用兩檔變速器時，百公里起步加速性能提升3%，0～60km/h起步加速性能提升15%，最大爬坡度提升17%；工況驅(qū)動電機運行轉(zhuǎn)速大幅降低，更多的運行點進入高效區(qū)，綜合工況能耗降低5%，電機運行轉(zhuǎn)速可大幅降低；在滿足同一最高車速指標(biāo)時，可以將電機最高設(shè)計轉(zhuǎn)速大幅降低。

6結(jié)束語

本文在同一純電動車型上設(shè)計了單檔以及兩檔速比方案，通過仿真分析表明了純電動汽車使用兩檔變速器可以降低綜合工況能耗，提升動力性以及降低了驅(qū)動電機運行轉(zhuǎn)速，同時提高了電機的負(fù)載，發(fā)現(xiàn)電機的最高轉(zhuǎn)速和性能指標(biāo)設(shè)計的更小即可滿足同一車型性能目標(biāo)。

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作者:陳文 韋流權(quán) 單位:上汽通用五菱汽車股份有限公司