基于Cruise的電動汽車匹配AMT變速器仿真分析

呂掌權　唐麗萍

摘 要：大部分電動汽車采用固定速比減速器，該減速器對電機的轉速及轉矩性能要求較高，電機的利用效率較低。而AMT變速器有能耗低、對電機要求低等優點。因此，本文針對某款電動汽車，分別搭載固定速比減速器和AMT兩檔變速器進行動力性和經濟性能仿真分析，結果顯示，搭載AMT兩檔變速器的電動汽車在動力性和經濟性方面均表現較好。

關鍵詞：CRUISE;電動汽車;AMT

近年來由于國民對環境的日益重視以及國家對電動汽車的大力扶植，促進了電動汽車行業的快速發展。但是電動汽車的缺點續航里程不足、使用壽命短、能耗高等問題日益突出[1-2]。對于電動車缺點問題的解決辦法有兩種，一是依賴于電池技術的突破創新，二是整車傳動系統的改善。目前對電動汽車電池技術的研究相對較多[3-4]，而對傳動系統的研究相對較少，而傳統系統的改善可以有效提高電動汽車的動力性和經濟性[5]。日前絕大部分電動汽車使用結構簡單、成本低的固定傳動比減速器。該減速器對電機的轉速及轉矩特性要求較高，電機效率相對較低[6]。與采用固定速比的純電動汽車相比，采用ATM變速器的電動汽車有能耗低、對電機的要求低等優點，這可以充分發揮電機的性能，避免電機持續在高轉速下的工作狀態[7-8]。從而提高電動汽車的各項性能。因此，本文針對某電動汽車，在保持原其核心部件不變的前提下，分別搭載固定速比減速器和AMT變速器，并分別對整車動力性能各參數進行匹配仿真計算，并在NEDC循環工況下對比固定傳動比減速器電動汽車和搭載AMT速器電動汽車的動力性和經濟性仿真。

1 整車技術參數

本文以某電動車為研究對象，建立電動汽車的整車動力學模型，該電動汽車的整車基本性能參數和整車動力性能參數分別如表1和表2所示。

2 搭載固定速比減速器電動汽車模型

2.1 搭載固定速比減速器電動汽車模型建立

本文在AVL CRUISE 軟件中搭建固定速比減速器電動汽車模型。在每個模塊中填入電動汽車的相應參數，其電機和電池參數分別如表1和表2所示，根據汽車最高車速及最大爬坡度，計算主減速器傳動比。將動力傳遞的各個模塊加入到模型中，建立正確的信號連接，完成電動汽車模型的建立，如圖1所示。

（1）最小傳動比的計算

整車在最高車速下行駛，驅動電機所達到的轉矩必須能夠克服最高車速下行駛中的阻力，因此最小傳動比應該滿足公式（1）：

根據計算得到最小傳動比imin≥3.02

速比的選擇取決于許多因素，如最大爬坡度、附著力以及汽車最小穩定車速。根據驅動電機的峰值轉矩必須至少能夠克服20%坡度時的行駛阻力，空氣阻力不計，由此最小傳動比還需滿足公式（2）：

根據計算得到最小傳動比imin≥5.42

（2）最大傳動比的計算

汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速的關系應該滿足公式（3）：

經計算變速器最大傳動比imax≤7.43。

因此固定速比減速比的傳動比范圍為5.42～7.43，在兼顧動力性和經濟性的同時，變速器傳動比選擇6.015。根據需要以及兼顧電動汽車的經濟性和動力性并為了減少計算中的客觀因素的影響，所以最終確定傳動比為6。

2.2 固定速比減速器電動汽車仿真計算及結果

本文主要是為了對比搭載固定速比減速器和搭載AMT變速器的電動汽車的動力性能和經濟性能差別，同時對模型進行NEDC循環工況進行仿真，來得到該電動汽車的百公里耗電量、最高車速、加速時間以及爬坡。其仿真分析結果如下：

（1）該電動汽車的最高車速可以達到128km/h;該電動車在滿載條件下的最大爬坡為29.70%;

（2）該電動車0-50km/h和50-80km/h加速時間分別為6.74s和4.15s;

（3）該電動汽車在ENDC工況下百公里耗電量為16.2kwh/100km;60km/h等速工況的百公里耗電量為13.32kwh/100km。

3 搭載AMT變速器電動車模型

相對于固定速比減速器電動汽車，匹配兩擋AMT可以更好的發揮出純電動汽車的優勢。由于兩擋變速器可以使車輛在低速時具有較高的轉矩，降低工況對電機最高轉速的要求，發揮電機更加高效的工作狀態，在保證整車能耗的前提下，改善整車的能耗水平。

3.1 AMT傳動比匹配

為了滿足電動汽車行駛時各工況的實用要求，兩擋AMT變速器的兩個擋位速比應滿足如下要求：

（1）一檔傳動比要能夠使電動汽車達到最大爬坡性能，同時也考慮到電機的效率。

（2）二擋傳動比能夠使電動汽車適應高速行車的需要。

一擋傳動比i1應滿足一下式（4）要求：

式中：i0：車輛主減速器速比

電動汽車在有一定坡度的路面行駛時，車速至少要在20km/h勻速行駛，因此汽車在一擋時的車速ve1要不小于20km/h，因此一檔傳動比還應滿足式（5）。

為了避免車輛打滑，還要電動汽車還應滿足附著條件（6）的要求

由以上公式計算得出i1i0取值14.64。

二擋傳動比i2要滿足最高車速既公式（7）的要求：

通過計算得出i2i0=8.76。在第2節中主減速器的速比選用i0為6，所以i1=2.44， i2=1.46。

3.2 換擋規律匹配

在AVL Cruise軟件中，用戶可以在換擋模塊中定義換擋規律來完成對AMT變速器換擋過程的控制。換擋規律的參數設置如圖2所示。

3.3 搭載AMT變速器電動汽車模型建立

在AVL Cruise軟件中，建立電機、電池等核心部件與2.1節相同的電動汽車模型，并在模型中添加AMT模塊和AMT控制模塊，同時將控制信號按要求重新連接，建立完成的模型如圖3所示。

3.4 搭載AMT變速器的電動汽車仿真計算及結果

搭載AMT變速器電動汽車的仿真計算采用與固定速比減速器電動汽車相同工況進行仿真計算，其仿真結果如下：

（1）該電動汽車的最高車速可以達到185km/h;該電動車在滿載條件下的最大爬坡為46.50%;

（2）該電動車0-50km/h和50-80km/h加速時間分別為2.658s和3.68s;

（3）該電動汽車在ENDC工況下百公里耗電量為13.31kwh/100km;60km/h等速工況的百公里耗電量為10.82kwh/100km。

3.5 搭載AMT與固定速比減速器電動汽車的仿真結果對比分析

本文將搭載固定速比減速器和搭載AMT變速器的電動汽車仿真結果放在一起進行對比分析，其結果如表3所示。通過對比發現，與搭載固定速比減速器的電動車相比，電動汽車的最高車速提高了44.53%，0-50km/h和50-80km/h加速時間分別降低了60.68%和11.33%，NEDC循環工況的百公里耗電量降低了17.84%，60km/h等速工況的百公里耗電量降低了18.77%。因此，搭載AMT變速器的電動汽車不管是在動力性能方面還是經濟性方面均比搭載固定速比減速器的電動車表現要好。

4 結論

本文針對某款電動汽車分別對搭載固定速比減速器和搭載AMT變速器進行仿真分析。并將兩個仿真結果進行對比，結果顯示，與搭載固定速比減速器電動汽車相比，搭載兩檔AMT變速器電動汽車在動力性和經濟性方面均表現較好，電動汽車的最高車速提高了44.53%，0-50km/h和50-80km/h加速時間分別降低了60.68%和11.33%，NEDC循環工況的百公里耗電量降低了17.84%，60km/h等速工況的百公里耗電量降低了18.77%。因此，搭載ATM變速器的電動汽車確實可以降低電動汽車的能耗，可以充分發揮電機的性能，增加電機在高效率狀態下工作的幾率。搭載AMT變速器可以提高電動汽車的各項性能。

安陽工學院青年基金（QJJ2018005）

參考文獻：

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[4]張友龍，袁文強，芮凱，朱成燕.純電動汽車動力電池技術研究[J].汽車實用技術，2018（17）：19-22.

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