变速器在新能源电动车上的应用分析

吴亮

摘 要：变速器是传统内燃机汽车的关键部件，而目前一般的新能源电动车大多取消了变速器。本文从电动机和内燃机的特性差异、纯电动车匹配变速器的特点分析、匹配于纯电动车变速器的发展趋势、带AMT纯电动系统介绍四个方面进行分析变速器在新能源电动车上应用特点。

关键词：变速器;新能源电动车;应用分析

1 电动机和内燃机的特性差异

从卡尔本茨发明第一台内燃机车，到现在经过了一百多年的发展，内燃机已经发展成一个复杂的系统，现代内燃机的性能已经较强劲，但是其存在以下特性：（1）低转速下无法输出转矩。（2）高转速下最大输出转矩急剧下降。综上，内燃机的常用工作转速范围较窄，一般转速在1000-4000rpm范围内。为了解决这两个问题，配置离合器切断阻力，使内燃机可以在无负载的情况下启动，配置的变速器通过换档，从而使内燃机的转速经常处在工作范围，能够顺畅地工作。

电动汽车的电动机，具有以下两个相应的特点：（1）低速可以输出很大的转矩。（2）工作范围较宽，而且有极宽的恒扭矩转速区。因此，电动汽车即使没有离合器与变速器也能正常工作，而匹配内燃机的整车必须有变速器才能正常工作。

2 纯电动车匹配变速器的特点分析

车辆设计的基本目标就要满足动力性和经济性指标，同时设计车辆和销售车辆都会高度关注成本，以下就从这三个方面逐一分析。

2.1 动力性

定性的来看，在现阶段的商业环境下，电动汽车为了取得市场，一般要具备很高或较高的动力性，简单的来说就是用更大的电机。从基础参数来看，匹配变速器的纯电动车选用的电机功率较低，直驱模式的电机功率较大。但匹配变速器的纯电动车，能通过变速器的换挡，在低转速时增大输出扭矩，在高转速时将电机转速更多的放在恒功率转速范围。因此，在相同电机扭矩的情况下，匹配变速器的纯电动车的爬坡性会更好，也能获得更高车速，动力性更好。

2.2 经济性

在车辆正常运行时，直驱模式的电动车经济车速范围较小，在经济时速区间，整车能耗较低。但在低于最小经济车速、以及高于最大经济车速时，匹配变速器的纯电动车有优势，整车能耗较低。总体而言，在综合工况下，匹配变速器的纯电动车的能耗较低。电池是电动车的核心部件，同时也占了整车成本的较大比重，因此匹配变速器的纯电动车节约的电能不应以价格计算，而是直接增加了续航里程，在相同电池规格的情况下，不增加车辆成本，同时提高了整车经济性。

2.3 成本

从成本上来讲，扭矩偏小时，匹配变速器的纯电动车成本相对较高;但扭矩偏大时，匹配变速器的纯电动车的成本比直驱模式的要低。所以纯电动车扭矩越大，如重载商用车，匹配变速器的纯电动车的成本优势越明显。在同等动力性的情况下，匹配变速器的纯电动车，可以依靠更小扭矩的电机获得较高的输出扭矩，因此在大扭矩要求下只需选用小扭矩电机，而电机扭矩的大小对电机成本的影响非常大，扭矩小的电动机，成本和重量也就较小。在同等续航里程的情况下，匹配变速器的纯电动车使用的电池容量更小，电池容量的大小对电池成本的影响非常大，容量小的电池，成本和重量也就较小。由此可知，匹配变速器的纯电动车的成本更有优势。

3 匹配于纯电动车变速器的发展趋势

从新能源纯电动车匹配变速器的扭矩来看，乘用车电动机扭矩小，可匹配2档变速器，商用车电动机扭矩大，特别是重载商用车可匹配多档变速器，应按照新能源纯电动车的需求开发相应的变速器。

从新能源纯电动车的智能化发展方向来看，整车需要匹配自动变速器。以目前变速器的技术路线分析，按照满足新能源纯电动车的整车特性，AT的性能较差、CVT的效率较低、DCT的系统复杂且成本高。而AMT则具有成本相对较低、技术成熟且换挡品质高的优点，适合新能源纯电动车的工况，可以按此路线进行开发。

從整车的舒适性、可靠性上看，直驱模式的车辆会更舒适，而匹配AMT变速器的纯电动车由于换挡存在动力中断，会略微降低舒适性;匹配AMT变速器的纯电动车相对于直驱模式，由于总成复杂度更高，也就理论上降低了可靠性。因此需要通过技术优化来进一步提高AMT变速器的性能。

4 带AMT纯电动系统介绍

基于AMT技术的纯电动系统总成，以电机来驱动，AMT变速器与电机同轴连接。通过利用变速器调速增扭的特性，从而实现匹配较小电机达到直驱大电机的效果;同时让车辆具有更好的适应性和更高的效率，带AMT纯电动系统如下图所示。

AMT纯电动系统的控制过程是动力传动系统的综合控制过程，AMT控制系统与整车其他相关控制系统的协调非常重要。以某纯电动商用车为例，其动力总成为电机，它与AMT变速器直接通过花键轴相连，中间没有安装离合器。为了实现协调控制，在AMT系统中引入CAN总线，实现AMT电控单元与电机控制器之间的通信。其换挡过程如下。

（1）转速达到换挡点后，AMT控制系统通过CAN总线向驱动电机控制器发出扭矩渐变控制模式请求，当电机驱动扭矩降低后，电机处于自由模式。

（2）AMT控制系统通过CAN总线接收到电机处于自由模式的状态后，变速器完成摘挡动作。

（3）变速器处于空挡后，AMT控制系统通过CAN总线向电机控制器发出调速模式请求，电机根据AMT控制系统发出的目标转速进行调速。

（4）在目标转速达到后，AMT变速器系统向电机控制器发出电机自由模式请求。

（5）确认电机处于自由模式后，AMT完成换挡操作。

综上所述，新能源电动车匹配变速器能够提高整车的动力性、经济性、同时降低成本，但为了能够使整车发挥出这些优势，需要对变速器相应技术优化，使其性能达到与电动机直驱的电动车接近的水平。