基于Isight與AVL Cruise耦合的電動汽車減速器速比優化

尹發洪

摘 要：減速器是電動汽車上的重要部件，在保證汽車具有足夠動力性能的同時，通過對減速器速比進行調整，讓電機盡量工作在更高效地轉速和扭矩區間能提高整車經濟性能。文章主要介紹采用Isight實現對汽車減速器速比進行分析和優化，為今后傳動系統的開發與應用提供較好的指導作用。

關鍵詞：減速器;速比優化;AVL Cruise;性能目標;Isight

中圖分類號：U463.33+5.1? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）22-07-03

Abstract： The reducer is an important component of electric vehicles. While ensuring that the vehicle has sufficient power performance， by adjusting the speed ratio of the reducer， the motor can work in a more efficient speed and torque range to improve the economic performance of the vehicle. The article mainly introduces the use of Isight to realize the analysis and optimization of the speed ratio of the automobile reducer， which will provide a better guidance for the development and application of the transmission system in the future.

Keywords： Reducer; Speed ratio optimizing; AVL cruise; Performance objective; Isight

CLC NO.： U463.33+5.1? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）22-07-03

引言

減速器是電動汽車的重要傳動零部件，設計減速器時要用到資料有：汽車的種類及用途，電機的參數（功率/轉速和扭矩/轉速），最大車速，最大爬坡度，最大牽引力。為保證汽車必要的動力性和經濟性指標，必須合理選擇減速器速比[1]。

本文基于電動汽車的動力經濟性的性能要求，通過減速器速比基本計算對減速器速比進行初級選型，再通過AVL Cruise建立模型進行動力經濟性仿真，通過Isight與AVL Cruise耦合以及Isight的優化算法選擇最優的減速器速比以確保電動汽車的動力經濟性滿足性能目標。

1 減速器速比的計算分析

不同的汽車，需要不同的減速器速比，其原因在于他們的使用條件不同，對整車性能要求不同，汽車本身的功率不同。而傳動系統的速比與汽車的動力經濟性有著密切的聯系。

1.1 動力性能要求

就動力性而言，減速器速比越大，加速性能及爬坡性能越好，但最高車速越低，為了滿足整車廠制定的加速性能、爬坡性能及最高車速目標，需對減速器速比進行計算分析。

1.1.1 最大通過性能

即汽車通過要求的最大坡道角度αmax坡道時，驅動力應大大于或等于此時的滾動阻力和上坡阻力（加速阻力為零，空氣阻力忽略不計）。用公式表達如下：

1.1.2 最高車速性能

即在無風條件下，水平良好的瀝青路或水泥路面上汽車所能大到的最大行駛速度。首先最高車速越高要求的減速器速比越低，其次要求的電機功率越大，電動汽車的最高車速也是整車動力性能的一個重要指標。

（1）速比要求

1.2 經濟性能要求

電動汽車的經濟性能一般定義為NEDC續航里程，利用AVL Cruise建立仿真模型可計算NEDC續航里程。如圖1所示。

2 利用Isight對減速器進行速比優化

2.1 整車動力經濟性能評估

通過AVL Cruise對當前車型的動力經濟性仿真，評估計算結果與性能目標差距，并據此判定是否需進行減速器速比優化。

性能目標：速比優化工作必須結合整車性能目標來進行，要求整車在優化速比下各項性能指標需達到或超過目標。

2.2 數值優化平臺Isight與性能仿真軟件Cruise耦合

Isight是一個多學科集成優化設計平臺，可以將數字技術、推理技術和設計探索技術有效融合，并將大量的需要人工完成的工作由軟件實現自動化處理。

2.2.1 Isight優化模型的建立

建立圖2 所示的Isight模型文件：

在設定的邊界條件下，Isight根據選擇算法的規則，自動根據變量設定范圍調整變量值，并自動計算并記錄各變量對應的性能指標，最后根據設定約束條件判斷計算結果是否滿足性能目標。

2.2.2 Isight優化結果及分析

Isight會根據速比的邊界條件和整車需要達到的性能目標，然后以邊界條件和性能目標為限制進行優化，可得到多組優化速比。若始終無法滿足性能目標，則需重新界定邊界條件或修正性能目標。之后通過評審確定一組合適的速比，由設計部門進行工程化分析。最后對設計部門的反饋的工程化速比進行驗證分析，若提供的優化速比無法工程化或工程化速比無法滿足目標，則需重新進行優化。

3 某電動汽車減速器速比優化分析

3.1 性能目標確認

3.1.1 整車基本參數如表1所示

3.1.2 性能目標

（1）續航里程：≥505km

（2）最大爬坡度：≥30%

（3）最高車速：≥150km/h

（4）百公里加速時間：≤8.5s

3.1.3 AVL Cruise仿真結果如表2所示

根據計算結果，NEDC續航里程（百公里電耗）無法滿足性能目標，需對進行減速器速比優化。根據最大通過能力及最高車速性能的計算方法得出減速器的約束范圍為7.2-10。

3.2 速比優化結果輸出及分析

從結果文件中可查看不同減速器速比對應的各項性能指標范圍（如圖3所示），可以看出計算結果是否滿足前期定義的性能目標。

導出結果文件，根據續航里程（百公里電耗）、最大爬坡度、最高車速以及百公里加速時間的要求篩選滿足整車性能目標的結果，選擇最優的一組變量和性能結果，如表3所示：

由上表可看出，利用Isight優化后NEDC續航里程提高了2.23%，并且提高了最大爬坡度11.45%，降低了百公里加速時間5.67%，由于減速器速比增加，汽車最高車速降低了8.6%，但符合初期定義的性能目標。

4 結束語

通過上述方法對電動汽車減速器速比進行優化分析的結果可看出減速器的速比對電動汽車的動力經濟性有一定的影響。一般來講，對于動力性，減速器速比越大，電動汽車的最大爬坡度越大、百公里加速時間越短、最高車速越低，可理解為動力性越好。減速器速比越小動力性越差。對于經濟性，汽車在同樣速度下運行的時候對于不同的減速器速比對于電機的需求扭矩和轉速都不一樣，電機的效率也就不同，所以會造成續航里程（百公里電耗）有差異。

對于同一輛汽車能滿足其動力性需求的減速器速比范圍很大，如果用人工的方式篩選出經濟性能最好的減速器速比工作量巨大，Isight能優化算法，并能處理大量的運算。經過上述方法及示例表明使用Isight與AVL Cruise耦合的方法能有效的優化減速器速比，對電動汽車傳動系統的研究開發有很重要的指導意義。

參考文獻

[1] 劉惟信.汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2] 張洪欣.汽車設計[M].北京：機械工業出版社，1999.

[3] 余志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社，2000.

[4] 陳家瑞.汽車構造（上m下冊）[M].北京：人民交通出版社，1994.