純電動汽車兩擋AMT 換擋模式概述

劉國濤

（1-同濟大學汽車學院 上海 200092 2-一汽-大眾汽車有限公司）

引言

純電動汽車通過電機來驅動車輛運行，所以純電動汽車具有很好的調速性能。純電動汽車的主要性能指標包括最高車速、加速能力、爬坡能力和最大續航里程等，這些指標與純電動車的傳動系統有著密切的關系。考慮到純電動汽車行駛工況的復雜性以及盡量使電機工作在高效率區間，國內外普遍采用變速器來作為純電動汽車的傳動系統。我國的純電動汽車普遍使用結構簡單、效率高、成本低的兩擋AMT（automated mechanical transmission，電控機械式自動變速器）[1]。在汽車行駛過程中，兩擋AMT 能夠使汽車轉換為最佳動力性擋位和最佳經濟性擋位。但是純電動汽車在實際運行過程中會出現頻繁換擋問題，需要對兩擋AMT 換擋模式做進一步研究，不斷提高純電動汽車的實際使用性能。

1 兩檔AMT 換擋模式

不同的換擋模式能夠達到不同的使用目的，當前，純電動汽車兩擋AMT 換擋模式主要有最佳動力性換擋模式、最佳經濟性換擋模式以及兼顧動力性和經濟性的綜合換擋模式等3 種。最佳動力性換擋模式和最佳經濟性換擋模式是構成其他換擋模式的理論基礎，最佳動力性換擋模式能夠讓純電動汽車駕駛人員在最佳動力性的情況下進行換擋操作，最佳經濟性換擋模式主要是使純電動汽車在最佳效率時完成換擋[2]。

1.1 最佳動力性換擋模式

最佳動力性換擋模式的目的是使純電動汽車能夠達到最佳動力，為此，首先需要進行一系列復雜的計算，找到純電動汽車動力性與汽車各項參數的關系，從而找到純電動汽車的最佳動力。在對純電動汽車最佳動力進行計算時，要了解各相關參數在汽車運行過程中的變化。首先通過計算得出最佳動力性升擋曲線，然后得出動力性降擋曲線，將2 條曲線進行合并，最后得到純電動汽車的動力性換擋曲線[3]。

1.2 最佳經濟性換擋模式

純電動汽車動力電池的能量有限，因此，在滿足動力性的前提下，應盡可能提高電驅動系統的能量利用效率，延長純電動汽車的續航里程。在對最佳經濟性換擋模式進行計算時，要弄清楚電機效率與轉矩之間的關系。電機效率決定純電動汽車整體運行的效率，對于最佳經濟性換擋模式，需要對不同轉矩轉速和電機效率之間的關系進行計算。最佳經濟性換擋模式和最佳動力性換擋模式的計算方法差不多，需要對換擋曲線進行合成計算，從而找到最佳經濟性擋位[4]。

1.3 綜合換擋模式

綜合換擋模式在理論上綜合考慮了動力性和經濟性，但是在純電動汽車的實際生產過程中，綜合換擋模式在純電動汽車高負荷運行時主要考慮汽車的動力性，在中低負荷運行時主要考慮汽車的經濟性。綜合換擋模式通過對動力性換擋模式和經濟性換擋模式進行有機融合，將2 條曲線的交點作為綜合換擋模式的分界點，然后將分界點作為動力性換擋模式和經濟性換擋模式切換的主要數值理論依據[5-6]。

2 兩擋AMT 換擋模式仿真分析

2.1 模型建立

通過建模分析，能夠幫助設計人員更好地分析和對比不同換擋模式在純電動汽車中的實際運行性能，合理選擇純電動汽車的換擋模式，使純電動汽車符合駕駛人員的駕駛習慣。相關研究人員需要對動力性換擋模式、經濟性換擋模式、綜合性換擋模式等3 種換擋模式進行建模處理以及分析對比，并且在建模過程中對汽車各項參數進行統一，設置汽車標量和變量，以便進行更加具體的對比[7]。

2.2 模型仿真

在進行建模處理之后，將模型在制定的實驗工況下進行實際運行操作，并且將實際運行結果進行對比。汽車的耗能能夠很好地反映汽車的動力性和經濟性，所以，在制定建模實驗工況時，可以對實驗電機所用電池的消耗功率進行積分，從而得到純電動汽車在實際運行中的能耗。純電動汽車模型在實際運行過程中的能耗能夠直接反應經濟性，在計算動力性時，不但要結合模型的實際能耗，還要將模型在一定速度內的加速時間作為參考。在進行實際結果評估時，要對換擋沖擊進行分析，才能對各個換擋模式有一個綜合性能評價[8]。

2.3 仿真結果分析

1）動力性分析。動力性能換擋模式加速到一定速度所需要的時間最短，也就是說，動力性換擋模式的加速度均值最大。相比于動力性換擋模式，綜合換擋模式和經濟性換擋模式加速到一定速度所需要的時間分別增加了8%和10%。但是，由于實際過程中所需要達到的速度相對較小，純電動汽車電機需要一定的啟動時間，所以在實際過程中，相差的時間相對較小[9]。

2）經濟性分析。經濟性換擋模式的能耗最小；綜合換擋模式對于能量的消耗很大，能耗比經濟性換擋模式高10%；動力性換擋模式對于能量的需求十分巨大，能耗比經濟性換擋模式高40%，但具有很高的動力性[10]。

3）換擋沖擊度分析。駕駛人員在進行換擋操作時，除了對純電動汽車電機工作造成一定的影響，也就是對純電動汽車的能耗造成影響，同時產生了純電動汽車的換擋沖擊。換擋沖擊對于純電動汽車的性能有一定影響，換擋沖擊度越小，駕駛人員換擋越平順，換擋也就越容易，駕駛人員的駕駛體驗越好。通過建模分析結果可以得知，最佳動力性換擋模式造成的換擋沖擊度最大，但3 種換擋模式的換擋沖擊度都處于合理范圍之內。當換擋沖擊度小于8°時，駕駛人員在換擋時只感受到微弱的沖擊；當換擋沖擊度為8～16°時，駕駛人員在換擋時會感到較小的沖擊；當換擋沖擊度為16～30°時，駕駛人員在換擋過程中能明顯感受到換擋沖擊，但是在能夠接受的范圍之內。如果換擋沖擊度超過了30°，駕駛人員在換擋時會有強烈的不適應感[11]。

4）總體性能分析。動力性換擋模式和經濟性換擋模式是較為極端的2 種換擋模式，只符合特定的運行條件。在實際使用過程中，綜合換擋模式具有很好的使用效果，能夠滿足絕大多數駕駛人員的駕駛需求[12]。

3 結束語

純電動汽車在實際使用過程中存在一定的技術問題，需要對純電動汽車的各項功能進行進一步優化。雖然兩擋AMT 換擋模式對純電動汽車性能的影響相對較小，但是還需要進一步提高相關技術，使純電動汽車滿足絕大多數駕駛人員的駕駛需求。