两挡变速器纯电动汽车动力性经济性双目标的传动比优化分析

王旭君 刘鹤

摘 要：纯电动汽车工作原理是将电能转化为动能，实现汽车的行驶，提高电能的转化利用率，将直接影响整车的动力性及经济性。通过分析驱动电机功率扭矩特性，以及整车运行工况，选择合适的两挡速比，高速比满足低速行驶的需求，低速比满足高速行驶的需求，使驱动电机在低速及高速工況下都能够保持在高效率区间运行，提高能源利用率，实现动力性与经济性双目标的优化。

关键词：纯电动汽车;两挡变速器;动力性;经济性;优化

1 两挡变速器设计基础

一挡采用高速比，主要满足汽车低速行驶以及爬坡功能的要求，使电机在低速高效区间运行;二挡采用低速比，满足汽车高速行驶的经济性要求，同样使电机保持在高效率区间，减少高速行驶时的能量消耗，从而提升纯电动汽车的动力性与经济性，这是两挡变速器选择不同速比的基本要求。

2 动力系统的匹配

2.1 驱动电机的选型

驱动电机具有高功率密度、高转矩密度和高可靠性的技术特点，作为动力输出源，其性能直接决定了整车的性能。电机参数见章节5。

2.2 传动比选型

根据市场资源及车型参数分析计算，单级变速器速比为6.37。两挡变速器速比分别为一挡10：1，二挡为6：1。

3 两挡变速器对整车性能影响理论分析

3.1 动力性计算

（1）最高车速与变速器速比呈负相关，传动速比越小，整车最高车速越大。同样，若要达到给定的最高车速时，速比越小，对驱动电机的转速要求越小。

（2）最大爬坡度的爬坡性能与变速器传动比呈正相关，即传动比越大，爬坡性能越好;在同样爬坡度要求情况下，采用高速比对驱动电机的峰值扭矩要求较小。

（3）加速性能计算。1）计算第档的旋转质量换算系数。如果已知经验值，，则按式（1）计算：

2）计算第i档加速度：

3）加速时间：

—指定的加速末速度;—指定的加速初速度。加速度与传动比呈负相关，传动比越小，加速度越大，加速时间越小。

3.2 经济性计算

（1）等速法电耗计算，计算能量消耗率Ek。根据电机特性，求出对应于下面计算结果、的能量消耗率Ek。

（2）循环工况百公里电量消耗量。1）匀速工况的计算：

为车轮滚动半径，根据电机特性参数，获得电量消耗量;

2）加速工况的计算。通过微分算法，将加速初速度和末速度中均匀分成若干段，每段记为，计算各下单位时间内的能耗：

3）减速工况计算。减速工况驱动电机不工作，电量消耗约为：

4）各工况之总能耗记为：

总的行驶路程为，循环工况百公里电耗：

4 经济性试验对比分析

整车基本参数如表1，试验结果如表2。

5 结语

纯电动汽车搭载两挡变速器可以降低整车性能对于驱动电机峰值功率以及峰值扭矩、最高转速的需求，从而减小动力总成的空间尺寸，改善整车动力性经济性，但目前两挡变速器资源少、成熟度较低、结构较复杂、成本较高，因此目前车型应用极少，但随着市场细分需求以及技术的成熟，量产后成本得到进一步降低，将会迎来更大规模的应用。

参考文献：

[1]刘振军，崔荣宾，赵江灵等.纯电动汽车两挡变速器的研究与设计[J].重庆理工大学学报（自然科学），2014，02（15）：7-10.15.