纯电动汽车AMT两档换挡规律分析

冉滔，方玲玲，彭思慧

纯电动汽车AMT两档换挡规律分析

冉滔1，方玲玲2，彭思慧2

（1.重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆 400074；2.重庆交通大学 艺术设计学院，重庆 400074）

为了研究纯电动汽车基于机械是自动变速器（AMT）的换挡规律，文章分别以加速最短为目标及驱动电机输出效率最优为目标研究制定了最佳动力性换挡规律和最佳经济性换挡规律，从而得出综合性换挡规律。结果显示汽车行驶时处于中低速时以经济性为主，高速时以动力性为主。

AMT；经济性；动力性；换挡规律

前言

传统汽车无论是从节能环保还是舒适性来说已不再能满足现代人对于汽车的追求，以电动汽车为特色的新能源汽车应运而生。通过改变汽车的动力装置，打破传统手动变速器的局限来提高汽车的动力性、舒适性和经济性。纯电动汽车是指汽车形势所需要的动力全部来源于电机，汽车通过本身携带的储电装置及可充电的电池组提供电能驱动。AMT机械式自动变速器与电动汽车的结合减轻了驾驶员的操作负担，提高了汽车动力性能和换挡时的平稳性。本文通过研究纯电动汽车AMT两档换挡规律及利用Matlab仿真分析，以验证换档策略的可行性。

1 驱动电机的工作特性

电动汽车的驱动电机是汽车的动力源，其性能的好坏直接影响汽车行驶性能的好坏。本文主要以重庆某电机厂的电机为研究对象，部分参数如表1。

表1 驱动电机部分参数

其电机的万有特性图如图1。

2 换挡规律的制定

汽车在行驶过程中平稳的换挡过程对于汽车本身的安全性以及车内乘客的舒适性都起着很大的关系。在汽车发展过程中形成了一些变速器换挡规律，掌握好换挡的最佳规律点，可以在很大程度上影响行驶过程中的动力性、经济性以及舒适性。如下图2为电控机械式自动变速器（AMT）系统工作原理图，主要是在传统的手动式机械变速器的基础上进行改进的，可以看出AMT保留了手动变速器的大部分重要部件，这在很大程度上减轻了制造成本。AMT与传统的手动变速器相比，最大的区别就是通过电机控离合器和换挡装置取代了手动换挡操作，减轻了驾驶员的操作难度也提高了换挡的平稳性。

图2 AMT变速器系统工作原理

在行车过程中，除了基本的行驶能力外，还追求汽车行驶的动力性和经济性。当油门开度较小时可以使得耗电最少，经济性最好但动力性不足。当油门开度达到最大时，汽车拥有最大的动力，但同时也增加了汽车的耗电能力。如何保证经济性的同时追求较好的动力性是现代汽车设计中的关键环节，本文将从两个极端对汽车换挡规律进行研究从而探讨两者间的相对平衡位置。

2.1 最佳动力性换挡规律

汽车主要由汽车加速时间、最高车速以及最大爬坡度三个指标来衡量汽车的动力性能。本文以两参数换挡策略的加速度时间最短为目标，在同一油门开度的前提下，采集换挡前后加速度相等或无限接近的换挡点为最佳动力性换挡点。

由汽车理论知识可知汽车的行驶方程为：

其中，为驱动电机输出力矩；i,i分别表示变速器传动比和主减速器传动比；η为传动效率；为车轮滚动半径；为滚动阻力系数；C为风阻系数；为汽车迎风面积；为道路倾角；为汽车旋转质量换算系数，其值为：

又由汽车行驶速度与电机转速之间的关系：

因此得出：

在加速度踏板开度为100%时，根据驱动电机万有特性图及相关参数，结合理论公式得到如下图3换速度变化图：

由上图可以看出在行驶过程中当I档达和II档在某一时刻加速度相等，此时即为最佳动力性换挡点。同理根据以上过程对加速踏板开度为0-1之间的换挡点进行研究，所对应的加速度相等或相近的点即为最佳动力性换挡点。

2.2 最佳经济性换挡规律

对于纯电动汽车通常以AMT变速器使汽车在比较低的能量消耗的状况或者效率较高的状况下行驶的换挡规律称为最佳经济性换挡规律。也即是使汽车的驱动电机工作在高效率区的换挡规律。

由（2）和（4）式可以得出：

所以

为使得驱动电机工作在高效率区，故可推出换挡点的公式为：

当加速度踏板开度为100%时，可得如下图4所示的静态最佳经济性换挡规律，同理可得出在加速度踏板开度为0-1之间时的换挡规律。

3 综合换挡分析

图5 综合换挡规律

以上已确定了最佳动力性换挡规律和最佳经济性换挡规律，可以得出在加速踏板在中小开度时的，汽车的行驶过程更加倾向于经济性，当踏板开度比较大时更加倾向于汽车的动力性。因此综合考虑下的换挡规律如图5。

4 结束语

本文根据驱动电机的特性分析经济性及动力性换挡规律，制定了加速踏板开度和换挡速度双参数的综合换挡规律。结果展示了在对于汽车追求不同时所对应的不同的行驶工况，但本文研究深度还有所欠缺，对于动态的行驶换挡规律利用本文的结果会存在一定的误差，因中低速时以经济性为主，高速时以动力性为主。此可以对此进行优化得到更加准确的换挡策略。

[1] 余志生.汽车理论:第5版[M].北京:机械工业出版社,2009:1-11.

[2] 王铃燕.纯电动客车AMT换挡策略研究与仿真分析[J].客车技术与研究,2019,(1):4-6.

[3] 刘佛晓,赵韩,江昊.纯电动汽车AMT换挡规律及仿真研究[J].合肥工业大学学报,2013,36(11):128-134.

[4] 邓力,刘和平,江瑜,付强.电动汽车驱动电机峰值转矩的选择[J].电机与电器,2008.

[5] 苏玉刚.汽车AMT的系统设计和智能控制技术研究[D].重庆:重庆大学,2004: 21-28.

[6] 杨喜云.基于CＲUISE的AMT自动变速器换挡规律的仿真研究[D].淄博:山东理工大学,2012.

Analysis of two-shift schedule of pure electric vehicle AMT

Ran Tao1, Fang Lingling2, Peng Sihui2

( 1.School of Mechanical and Vehicle Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074; 2.Art design college, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074 )

In order to study the shifting law of pure electric vehicles based on mechanical automatic transmission (AMT), this paper specifies the optimal dynamic shifting rules and the best economy with the aim of the shortest acceleration and the optimal output efficiency of the driving motor. The shifting law is used to obtain a comprehensive shifting rule. The result shows that the automobile is mainly at the middle and low speed when driving, and the power is dominant at high speed.

AMT; economy; dynamic; shifting law

U461.2

A

1671-7988(2019)13-06-03

U461.2

A

1671-7988(2019)13-06-03

冉滔，就读于重庆交通大学机电与车辆工程学院。研究方向：汽车工程。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.002