純電動汽車減速器速比選擇研究

周 洋，張娟萍

(上海大眾汽車有限公司，上海 201805)

能源短缺與環境污染的挑戰使得清潔能源汽車受到越來越多的關注，作為研究重點之一的純電動汽車，發展前景廣闊。減速器作為傳動系統中的重要組成部分是電動汽車研究的重點項目之一。電動機的起動轉矩很大，可實現低速恒扭矩、高速恒功率的工作模式，且易實現無級調速。為提高傳動系統效率，選擇結構簡單、制造成本低的固定速比減速器。

1 減速器速比選擇

以某型號電動汽車為研究對象，在已有的動力傳動系統參數設計基礎上，建立電動汽車整車驅動模型。首先應用理論公式計算減速器速比選擇的大致范圍，再通過仿真模擬整車特性，選擇不同的速比對比分析車輛動力性與續駛里程的最優狀態，最后得出減速器的最佳速比范圍。

1.1 主要技術參數

在電動機輸出特性一定時，減速器速比的選擇，依賴于整車的動力性能指標要求。影響電動汽車動力性能的因素很多，不僅與整車及各部件的參數有關，而且也與駕駛工況等密切相關。

根據國家及地方法規［1-2］，并參考乘用車駕駛員對車輛的性能要求，純電動汽車主要技術參數及整車動力性參數為:

1)整車。①主要技術參數。長×寬×高=4 598 mm×1 740 mm×1 452 mm、整備質量1 550 kg、迎風面積2 m2、空氣阻力系數0.33、滾動阻力系數0.012、輪胎滾動半徑295 mm、軸距2 600 mm。②主要動力性參數。最大車速120 km/h、最大爬坡度30%、0～50 km/h的加速時間＜6 s、0～100 km/h的加速時間＜12 s、60 km/h續駛里程為160 km、工況法續駛里程為110 km。

2)電機參數。最大功率為85 kW、最大扭矩為260 N·m。

3)蓄電池參數。能量為25 kW·h、電壓為290 V、SOC范圍為95% ～20%。

4)減速器效率。97%。

1.2 減速器速比選擇范圍

電動汽車機械傳動系統的主要部件包括固定速比減速器、差速器、半軸、驅動車輪等。減速器速比i的選擇直接影響車輛傳動系統的工作性能，如果選擇不當，將對整車性能產生不利影響，根據汽車理論經驗公式［3］得出減速器速比的大致選擇范圍。

1)速比上限的選擇

速比上限i1的計算公式為

式中 nmax為電機轉速上限，nmax=13 000 r/min;umax為車速上限，umax=120 km/h;r為車輪滾動半徑。

計算得 i1≤11.52。

2)速比下限的選擇

由電動機最高轉速對應的最大輸出扭矩Tumax和最高車速對應的行駛阻力Fumax確定傳動系速比的下限i2，計算公式為

式中 η為傳動系效率。

計算得 i2≥4.82。

由電動機最大輸出扭矩Tamax和最大爬坡度對應的行駛阻力Famax確定速比的下限i3，計算公式為

計算得 i3≥5.21。

選取i2與i3中的最大值為速比下限，為5.21。因此，減速器速比大致范圍為5～12。

為進一步精確定義減速器速比選擇范圍，在其它邊界條件如滾動阻力、電動機輸出扭矩特性、空氣阻力等不變的情況下，通過車輛性能仿真軟件分別選擇不同的速比進行仿真，最后根據車輛行駛性能的仿真結果更準確的確定速比范圍。

1.3 循環工況的選擇

車輛行駛過程中，為適應不同的道路狀況，需要不斷改變行駛速度和行駛狀態，如加速、恒速或減速，實際的車輛速度非常復雜，不可能是線性的，本文按照文獻［2］中的NEDC行駛工況進行仿真。

1.4 電動汽車性能仿真

參考現有電動汽車傳動系仿真方法［4-5］，利用GT仿真軟件中的仿真模型(電機、蓄電池、驅動電機、控制器等已經與實物實測結果進行過多次對比糾正，該模型已經搭建成為成熟的整車環境)，基于以上整車環境及動力性行駛性能要求，在電機/電池等核心零部件參數一致的情況下，分別對不同速比(5～12)進行整車動力性能仿真［6-7］，分析減速器速比的參數設計對車輛動力性能的影響［8］，并給出仿真結果如表1～2。

表1 仿真結果對比

表2 不同車速下勻速行駛的續駛里程

1.5 仿真結果分析

1)最高車速及最大爬坡度。結合表1～2中仿真結果，根據整車動力參數的要求最大車速≮120 km/h，則速比i≤11;最大爬坡度≮30%，則i≥7;因此i=7～11。

2)加速性能。由表1可知，0～100 km/h加速時i=9～11時加速性能達到最優，而0～50 km/h加速時的加速時間在i=10～11間最優，50～80 km/h加速時的加速時間在i=7～9最優。

3)續駛里程。由表1～2可知，隨著速比的增加以及車速增大，續駛里程逐漸減小。車輛如保持勻速行駛，能有效提高車輛的續駛里程。車輛勻速行駛速度越高，由于風阻及輪胎滾動阻力增加，續駛里程將會減少。

因此i=7～11。

2 實車驗證

以某型號的純電動汽車為試驗樣車(無能量回饋功能)，樣車動力性能指標參數為:最大車速為120 km/h、最大爬坡度為30%、0～100 km/h的加速時間＜12 s、續駛里程為110 km。

根據該車整車性能定義，選取固定速比為9.5的減速器做試驗［9-12］，實車測得最大車速為145 km/h、最大爬坡度為49%、0～100 km/h的加速時間為11.5 s、續駛里程為115.21 km，滿足原樣車的動力性能指標要求。

將i=9.5時的實車試驗數據與表1中i=9、i=10時的仿真數據對比可知，其最大車速與最大爬坡度的實測數據與仿真結果相近，加速性能與續駛里程數據與仿真數據誤差值很小，基本在3%之內，進一步驗證了該仿真結果數據的可靠性，說明i=7～11能夠很好的滿足整車設計要求［13-16］。

3 結語

1)電動汽車驅動電機轉速調節區間大，在減速器固定速比條件下，通過電機轉速調節實現車輛在0～120 km/h行駛，且純電動汽車經常行駛在城市較好的路面上，車流密度較大，車速經常在60 km/h以內，速度變化范圍不大，加上電機具有良好的驅動特性，因此采用固定減速比，既保證了電機低速高扭矩特性的發揮，又減輕了重量，確保使用單級減速器的經濟性。

2)在保證車輛最高車速的前提下，整車參數一定，為保證車輛的加速性能及續駛里程，i=9～11為最優選擇值。如整車性能定義中偏重0～50 km/h的加速性能，速比應偏上限選擇，如偏重50～80 km/h的加速性能，速比應偏下限選擇，如偏重0～100 km/h的加速性能，速比應偏中間選擇。

3)車輛續駛里程在i=8～11時區別不大，所以在考慮車輛行駛性能要求的前提下，應綜合選擇適合整車性能定義的速比范圍。

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［2］中國國家標準化管理委員會.GB/T 18386—2005 電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗［S］.北京:中國標準出版社，2005.

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