新能源純電動轎車匹配AT自動變速器參數(shù)選擇探討

周海濤

摘 要：新能源純電動轎車匹配AT自動變速器參數(shù)選擇，主要從傳動比的選擇和擋位數(shù)的選擇進(jìn)行探討。傳動比的選擇主要是最小傳動比的選擇和最大傳動比的選擇。最大傳動比主要考慮滿足最大爬坡度和地面的最大附著力。擋位數(shù)的選擇主要考慮到擋位數(shù)對電動汽車性能的影響，由于電機(jī)有較好的調(diào)速性，同時結(jié)合AT自動變速器單排行星齒輪結(jié)構(gòu)簡單的特性因此擋位數(shù)為兩檔。

關(guān)鍵詞：純電動轎車;參數(shù);傳動比;擋位數(shù)

Abstract： The parameter selection of new energy pure electric car matching at automatic transmission is mainly discussed from the selection of transmission ratio and gear number. The selection of transmission ratio is mainly the selection of minimum transmission ratio and maximum transmission ratio. The maximum transmission ratio is mainly considered to meet the maximum gradient and the maximum adhesion of the ground. The selection of gear number mainly takes into account the influence of gear number on the performance of electric vehicles. Because the motor has better speed regulation， combined with the simple structure of at automatic transmission single row planetary gear， the gear number is two gears.

Keywords： Pure electric car; Parameters; Transmission ratio; Number of gears

引言

新能源純電動轎車是以后轎車發(fā)展必然趨勢。由于電動汽車工況復(fù)雜，因此對于電機(jī)輸出的峰值功率及電機(jī)恒功率放大系數(shù)都有很大的要求，這樣相對來說就會對動力電池以及電機(jī)就有很大的要求。由于目前的制造及工藝水平，這樣會極大的增加電池和電機(jī)的成本，進(jìn)而增加電動轎車的整車成本，從而影響電動轎車的推廣應(yīng)用。因此在電動轎車上匹配一個簡單且工藝制造技術(shù)成熟的自動變速器就可以就降低電動轎車對電池和電機(jī)的依賴。同時對于匹配自動變速器參數(shù)選擇尤為重要，本文主要以新能源純電動轎車匹配AT自動變速器參數(shù)選擇進(jìn)行探討。

1 傳動比范圍的選擇

1.1 最小傳動比的選擇

新能源純電動汽車最小傳動比imin在選擇的時候主要考慮滿足電動汽車的最高車速umax。最高車速umax指的是汽車在平坦良好的路面能夠達(dá)到的最高設(shè)計車速。因此高車速umax就是電動汽車以電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax在最小傳動比imin傳遞到車輪上的車速。電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax，最小傳動比imin，高車速umax有如下的關(guān)系，即：

式中：nmax單位n/min，r單位為m，umax單位為km/h。

在電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax時，電動汽車要達(dá)到最高車速umax，因此最小傳動比imin滿足如下關(guān)系：

1.2 最大傳動比的選擇

最大的傳動比的選擇主要是需要滿足驅(qū)動輪獲得最大的驅(qū)動力的要求。因此驅(qū)動輪獲得最大的驅(qū)動力主要有兩種情況，分別保證電動汽車的最大爬坡度和在良好附著的平坦路面能夠獲取的最大驅(qū)動力。按上述的兩種情況分別計算最大傳動比。

（1）最大爬坡度

為了保證電動汽車能夠爬上設(shè)計的最大爬坡角度αmax，汽車提供的驅(qū)動動力Ft要大于或等于爬上此坡度的最小阻力F1，F(xiàn)t就是電機(jī)最大扭矩以最大傳動比轉(zhuǎn)遞到驅(qū)動輪上的驅(qū)動力，因此有如下的關(guān)系式：

公式中Tmax為電機(jī)的最大扭矩，單位為N.m;imax為最大傳動比，r為車輪的滾動半徑，η為傳動系的機(jī)械效率。

汽車的爬坡阻力主要有輪胎的滾動阻力、風(fēng)阻力、加速阻力和重力沿著坡度的分力，因此爬上此坡度的最小阻力可以近似認(rèn)為風(fēng)阻和加速阻力為零，因此F1即為：

式中G為汽車的重力，f為滾動阻力系數(shù)。

將公式（5）代入到公式（4）中就可以求出imax，由此可得：

（2）在良好附著的平坦路面能夠獲取的最大驅(qū)動力

在良好附著的平坦路面電動汽車能夠獲取的最大驅(qū)動力受車輪附著系數(shù)限制的，但是電機(jī)峰值力矩一定時，可以通過增大傳動比來實現(xiàn)減速增扭，但是當(dāng)驅(qū)動力矩大于了地面提供最大附著力，車輪就將會打滑，因此電動汽車以最大傳動比驅(qū)動時，驅(qū)動力應(yīng)該小于或者等于驅(qū)動動輪與地面的最大附著力，因此驅(qū)動力需要滿足如下關(guān)系：

式中FN為驅(qū)動輪垂直反力，φ為地面的最大附著系數(shù)。

由于電動轎車大多數(shù)都是前輪驅(qū)動因此，前輪的驅(qū)動垂直反力FN為：

式中G為汽車的重力，L為汽車軸距，b為后軸到汽車質(zhì)心的距離。

由式（6）、（7）、（8）可以得出imax取值范圍即：

2 AT自動變速器的擋位數(shù)的選擇

2.1 擋位數(shù)對整車性能的影響

和燃油汽車一樣，增加純電動汽車的擋位數(shù)，可以使電動機(jī)在最大功率工作的機(jī)會更多，這樣有利于提高電動汽車的動力性;同時也可以使電動汽車在經(jīng)濟(jì)功率區(qū)工作的機(jī)會更多，有利于提高電動汽車的經(jīng)濟(jì)性，增加電動汽車的續(xù)航里程。但是對電動汽車來說，電動機(jī)相比于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)有更好的調(diào)速性，因此如果擋位數(shù)不宜過多。擋位數(shù)過多會使得電動汽車的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，同時會增加電動汽車的質(zhì)量及成本，但是如果只有單一的一個擋位或者沒有，哪么對電機(jī)的調(diào)速性以及輸出的峰值扭曲要求又特別的高，這樣的電機(jī)的成本就相對比較高，特別是電動轎車工作的環(huán)境又相對比較復(fù)雜。

2.2 擋位數(shù)的選擇

根據(jù)前面的分析新能源純電動轎車變速器的擋位數(shù)的選擇主要考慮兩個方面的問題，其一是要滿足最大爬坡度的驅(qū)動力同時不能打滑;其二是滿足電動汽車的最高車速，其他的速度及力矩變化可以通過電動機(jī)的調(diào)速性來實現(xiàn)，一般情況電動汽車的變速器的單位數(shù)不超過三個擋位。同時電動轎車在匹配AT自動變速時候，擋位更不能太多，利用簡單的單排行星齒輪最為適宜，因為擋位數(shù)比較多的時候就只能采用復(fù)合行星齒輪機(jī)構(gòu)，那樣的話結(jié)構(gòu)就相對比較復(fù)雜，同時會增加成本，降低傳遞效率。結(jié)合上述分析匹配AT自動變速器時擋位數(shù)選擇兩個擋位。

3 總結(jié)

由于環(huán)境污染以及能源的枯竭，新能源純電動轎車將是發(fā)展的主流。但是電動汽車技術(shù)及成本主要取決于電池及電機(jī)，因此通過前面探討，新能源純電動轎車匹配AT自動變速器并進(jìn)行恰當(dāng)?shù)膮?shù)選擇，可以降低對此的依存度，降低成本提高電動轎車的技術(shù)及性能的可靠性，這樣有利于電動轎車的進(jìn)一步的推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2] 吉毅，純電動汽車用AMT參數(shù)設(shè)計及換擋控制策略優(yōu)化[D]，重慶大學(xué)，2014.5.

[3] 兩擋純電動汽車動力傳動系統(tǒng)的參數(shù)匹配與優(yōu)化[J].龔賢武，唐自強(qiáng)，馬建，吳德軍.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）. 2017（03）.

[4] 基于多目標(biāo)優(yōu)化的純電動車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配方法[J].張抗抗，徐梁飛，華劍鋒，李建秋，歐陽明高，趙小羽，成艾國.汽車工程.2015 （07）.