變速器在新能源電動車上的應用分析

吳亮

摘 要：變速器是傳統內燃機汽車的關鍵部件，而目前一般的新能源電動車大多取消了變速器。本文從電動機和內燃機的特性差異、純電動車匹配變速器的特點分析、匹配于純電動車變速器的發展趨勢、帶AMT純電動系統介紹四個方面進行分析變速器在新能源電動車上應用特點。

關鍵詞：變速器;新能源電動車;應用分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.111

1 電動機和內燃機的特性差異

從卡爾本茨發明第一臺內燃機車，到現在經過了一百多年的發展，內燃機已經發展成一個復雜的系統，現代內燃機的性能已經較強勁，但是其存在以下特性：（1）低轉速下無法輸出轉矩。（2）高轉速下最大輸出轉矩急劇下降。綜上，內燃機的常用工作轉速范圍較窄，一般轉速在1000-4000rpm范圍內。為了解決這兩個問題，配置離合器切斷阻力，使內燃機可以在無負載的情況下啟動，配置的變速器通過換檔，從而使內燃機的轉速經常處在工作范圍，能夠順暢地工作。

電動汽車的電動機，具有以下兩個相應的特點：（1）低速可以輸出很大的轉矩。（2）工作范圍較寬，而且有極寬的恒扭矩轉速區。因此，電動汽車即使沒有離合器與變速器也能正常工作，而匹配內燃機的整車必須有變速器才能正常工作。

2 純電動車匹配變速器的特點分析

車輛設計的基本目標就要滿足動力性和經濟性指標，同時設計車輛和銷售車輛都會高度關注成本，以下就從這三個方面逐一分析。

2.1 動力性

定性的來看，在現階段的商業環境下，電動汽車為了取得市場，一般要具備很高或較高的動力性，簡單的來說就是用更大的電機。從基礎參數來看，匹配變速器的純電動車選用的電機功率較低，直驅模式的電機功率較大。但匹配變速器的純電動車，能通過變速器的換擋，在低轉速時增大輸出扭矩，在高轉速時將電機轉速更多的放在恒功率轉速范圍。因此，在相同電機扭矩的情況下，匹配變速器的純電動車的爬坡性會更好，也能獲得更高車速，動力性更好。

2.2 經濟性

在車輛正常運行時，直驅模式的電動車經濟車速范圍較小，在經濟時速區間，整車能耗較低。但在低于最小經濟車速、以及高于最大經濟車速時，匹配變速器的純電動車有優勢，整車能耗較低。總體而言，在綜合工況下，匹配變速器的純電動車的能耗較低。電池是電動車的核心部件，同時也占了整車成本的較大比重，因此匹配變速器的純電動車節約的電能不應以價格計算，而是直接增加了續航里程，在相同電池規格的情況下，不增加車輛成本，同時提高了整車經濟性。

2.3 成本

從成本上來講，扭矩偏小時，匹配變速器的純電動車成本相對較高;但扭矩偏大時，匹配變速器的純電動車的成本比直驅模式的要低。所以純電動車扭矩越大，如重載商用車，匹配變速器的純電動車的成本優勢越明顯。在同等動力性的情況下，匹配變速器的純電動車，可以依靠更小扭矩的電機獲得較高的輸出扭矩，因此在大扭矩要求下只需選用小扭矩電機，而電機扭矩的大小對電機成本的影響非常大，扭矩小的電動機，成本和重量也就較小。在同等續航里程的情況下，匹配變速器的純電動車使用的電池容量更小，電池容量的大小對電池成本的影響非常大，容量小的電池，成本和重量也就較小。由此可知，匹配變速器的純電動車的成本更有優勢。

3 匹配于純電動車變速器的發展趨勢

從新能源純電動車匹配變速器的扭矩來看，乘用車電動機扭矩小，可匹配2檔變速器，商用車電動機扭矩大，特別是重載商用車可匹配多檔變速器，應按照新能源純電動車的需求開發相應的變速器。

從新能源純電動車的智能化發展方向來看，整車需要匹配自動變速器。以目前變速器的技術路線分析，按照滿足新能源純電動車的整車特性，AT的性能較差、CVT的效率較低、DCT的系統復雜且成本高。而AMT則具有成本相對較低、技術成熟且換擋品質高的優點，適合新能源純電動車的工況，可以按此路線進行開發。

從整車的舒適性、可靠性上看，直驅模式的車輛會更舒適，而匹配AMT變速器的純電動車由于換擋存在動力中斷，會略微降低舒適性;匹配AMT變速器的純電動車相對于直驅模式，由于總成復雜度更高，也就理論上降低了可靠性。因此需要通過技術優化來進一步提高AMT變速器的性能。

4 帶AMT純電動系統介紹

基于AMT技術的純電動系統總成，以電機來驅動，AMT變速器與電機同軸連接。通過利用變速器調速增扭的特性，從而實現匹配較小電機達到直驅大電機的效果;同時讓車輛具有更好的適應性和更高的效率，帶AMT純電動系統如下圖所示。

AMT純電動系統的控制過程是動力傳動系統的綜合控制過程，AMT控制系統與整車其他相關控制系統的協調非常重要。以某純電動商用車為例，其動力總成為電機，它與AMT變速器直接通過花鍵軸相連，中間沒有安裝離合器。為了實現協調控制，在AMT系統中引入CAN總線，實現AMT電控單元與電機控制器之間的通信。其換擋過程如下。

（1）轉速達到換擋點后，AMT控制系統通過CAN總線向驅動電機控制器發出扭矩漸變控制模式請求，當電機驅動扭矩降低后，電機處于自由模式。

（2）AMT控制系統通過CAN總線接收到電機處于自由模式的狀態后，變速器完成摘擋動作。

（3）變速器處于空擋后，AMT控制系統通過CAN總線向電機控制器發出調速模式請求，電機根據AMT控制系統發出的目標轉速進行調速。

（4）在目標轉速達到后，AMT變速器系統向電機控制器發出電機自由模式請求。

（5）確認電機處于自由模式后，AMT完成換擋操作。

綜上所述，新能源電動車匹配變速器能夠提高整車的動力性、經濟性、同時降低成本，但為了能夠使整車發揮出這些優勢，需要對變速器相應技術優化，使其性能達到與電動機直驅的電動車接近的水平。