陳文　韋流權(quán)

摘 要：“雙積分”政策的實(shí)施，推動(dòng)了汽車行業(yè)的進(jìn)步，以及“雙碳”戰(zhàn)略的提出，更刺激新能源汽車市場(chǎng)的發(fā)展。隨著電驅(qū)技術(shù)的日益完善以及成本的降低，電動(dòng)汽車越來約被消費(fèi)者所接受，企業(yè)所重視。面對(duì)日益提升的駕駛需求以及電機(jī)成本的優(yōu)化壓力，單速變速器存在一定弊端，就如傳統(tǒng)汽車一樣，從早期的4AT、6AT到現(xiàn)在的8AT甚至更多檔位的變速器，電動(dòng)汽車多檔化勢(shì)在必行。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 兩檔變速器 動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性 仿真

Analysis of the Power Economy of a Two-speed Transmission of a Pure Electric Vehicle

Chen Wen Wei Liuquan

Abstract：The progress of automobile industry has been promoted since the ‘CAFC policy comes into effect， and on the other hand， NEV also has been benefited from the policy of ‘carbon neutrality and emission peck. With the improvement of electric drive and cost reduce， electric vehicle was accepted by more and more consumer and caught enterprises eyes than before. With the increasing of driving demand and motor cost optimization， single-speed transmission has certain disadvantages. Just as traditional vehicle transmission， from the early 4AT，6AT to 8AT or even more， the multi-speed transmission electric vehicle is indispensable.

Key words：electric vehicle， two-speed transmission， dynamic economy， simulation

1 前言

現(xiàn)在市場(chǎng)在售車型大多是電動(dòng)汽車單速減速器，電動(dòng)乘用車最高車速一般設(shè)計(jì)在150km/h以上，同時(shí)為了兼顧低速時(shí)的爬坡性能，需要把驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)得較高，常在10000轉(zhuǎn)/分鐘以上，甚至更高，因不存在檔位變化，減速器的增扭是一定的，需要把電機(jī)的過載系數(shù)或著把電機(jī)性能設(shè)計(jì)的較大才能滿足全速段的駕駛需求，增加了電機(jī)的成本。本文就現(xiàn)有某車型和電機(jī)參數(shù)，進(jìn)行單檔、兩檔的速比設(shè)計(jì)，通過Matlab/Simulink對(duì)兩種變速器的動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行仿真分析。

2 仿真模型組成

3 仿真輸入?yún)?shù)

3.1 整車基本參數(shù)（表1）

3.2 能耗循環(huán)工況

GB/T 18386.1-2021《電動(dòng)汽車能量消耗量和續(xù)駛里程》已正式發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試驗(yàn)循環(huán)按照GB/T 38146.1-2019中所述的中國輕型汽車行駛工況進(jìn)行，本文研究對(duì)象為M1類乘用車，選取了CLTC-P循環(huán)工況。

4 速比匹配仿真

4.1 整車設(shè)計(jì)目標(biāo)

本車型設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有兩個(gè)：①滿載最大爬坡度>35%@10km/h;②最高車速>150km/h。

4.2 單速變速器總速比設(shè)計(jì)

4.2.1 根據(jù)最高車速要求設(shè)計(jì)速比

4.2.2 根據(jù)滿載最大爬坡度要求設(shè)計(jì)速比

計(jì)算最小需求總速比i2，滿載以10km/h爬35%坡度時(shí)，車速較低時(shí)忽略空氣阻力[1]，計(jì)算最小滿足要求的最小總速比i2：

綜合以上，考慮實(shí)際會(huì)有其他功率以及扭矩消耗，取單速減速器總速比為is=9.5，查圖[2]選取質(zhì)量換算系數(shù)δ=1.17。

小結(jié)：如圖3，單檔變速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行分布在低扭矩區(qū)域較多且零散，循環(huán)正扭矩平均值為25.3N.m，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在低效率區(qū)域運(yùn)行較多。

4.3 兩檔變速器總速比設(shè)計(jì)

從單速減速器工況仿真結(jié)果來看，設(shè)法把電機(jī)輸出扭矩適當(dāng)調(diào)高，進(jìn)入更高效的區(qū)域概率更大，由驅(qū)動(dòng)力公式：

4.3.1 由循環(huán)平均扭矩設(shè)計(jì)第二檔速比

由效率圖可知，電機(jī)在1000r/min以上時(shí)，輸出扭矩達(dá)到40N.m以上基本進(jìn)入了比較高效的區(qū)域，取單速減速器速比is=9.5，計(jì)算第二檔速比范圍：

由3.3.1結(jié)果，取id2=6.0，為了滿足駕駛性需求，要求換擋后動(dòng)力不中斷，要求2檔基速下的驅(qū)動(dòng)力不小于1檔最高轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動(dòng)力[3]，有：

綜上，選取兩檔總速比分別為：id1=12.0;id2=6.0，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)δ分別取1.25和1.07。

4.4 兩檔變速器仿真結(jié)果

4.4.1 仿真指標(biāo)結(jié)果

4.4.2 工況仿真分析

如圖4所示，工況循環(huán)中2檔使用比例明顯高于一檔，提升了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)利用率。在循環(huán)工況中，電機(jī)使用的最高轉(zhuǎn)速明顯降低，參考整車設(shè)計(jì)指標(biāo)，在使用兩檔變速器時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可以設(shè)計(jì)得更低，即可滿足整車設(shè)計(jì)需求。

5 小結(jié)

通過最大附著力和平均期望扭矩，設(shè)計(jì)了兩檔變速器總速比，通過仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用兩檔變速器時(shí)，百公里起步加速性能提升3%，0～60km/h起步加速性能提升15%，最大爬坡度提升17%;工況驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速大幅降低，更多的運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入高效區(qū)，綜合工況能耗降低5%，電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速可大幅降低;在滿足同一最高車速指標(biāo)時(shí)，可以將電機(jī)最高設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速大幅降低。

6 結(jié)束語

本文在同一純電動(dòng)車型上設(shè)計(jì)了單檔以及兩檔速比方案，通過仿真分析表明了純電動(dòng)汽車使用兩檔變速器可以降低綜合工況能耗，提升動(dòng)力性以及降低了驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，同時(shí)提高了電機(jī)的負(fù)載，發(fā)現(xiàn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和性能指標(biāo)設(shè)計(jì)的更小即可滿足同一車型性能目標(biāo)。

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