纯电动汽车2挡和单挡性能实测对比研究

龙军、周金应、刘祥

（中国汽车工程研究院股份有限公司 401122)

纯电动汽车2挡和单挡性能实测对比研究

龙军、周金应、刘祥

（中国汽车工程研究院股份有限公司 401122)

本文以纯电动汽车用2挡自动变速器和单挡变速器为研究对象，通过理论分析其动力性和经济性，并尝试实际测试上述2种变速器的经济性效果。实测结果表明，应用于纯电动汽车的2挡自动变速器相比单挡变速器具有更优的经济性能。

纯电动汽车；两挡自动变速器；动力性；经济性

1 前言

纯电动汽车采用可充放电储能系统提供电能，并通过电机转化为动能以驱动车辆行驶。电机是纯电动汽车主要消耗电能的部件。电机的高效运行，一方面是对电能资源的节约，另外一方面是对提高车辆的续航能力，具有很高的实际价值。

周胜[1]分析了基于ADVISOR二次开发的两挡变速器纯电动汽车，并确定了换挡点，分析了单挡变速器的可行性，分析结果得出2挡变速器在续航里程以及制动能量回收上的优越性。郭文剑[2]开发了拉索式2挡电控机械自动变速器，并基于Simulink软件在NEDC工况下对单挡和2挡变速器的仿真对比分析。冉嘉[3]在某纯电动汽车的基础上，对其挡位数以及传动比进行了优化，在ADVISOR仿真软件对不同的挡位进行了仿真分析，结果表明5挡变速器比其他挡位变速器具有更大优势。刘晓洁[4]对纯电动汽车传动参数进行了分析。

朱晓慧[5]为了提高续驶里程，对装配不同挡位的变速器，基于Matlab/Simulink平台对纯电动汽车进行了理论与试验搭建了仿真模型。根据整车性能要求，对几种挡位数的变速器传动系数进行了匹配，研究结果表明2挡的AMT变速器性能最好。秦大同[6]基于ECE工况，以电机能耗最小为优化目标，制定了换挡控制策略，与单挡方案相比，调高了续航里程。

基于以上分析，大多研究者从理论上分析了纯电动汽车多挡方案的可行性，以及基于软件仿真得出纯电动汽车多挡化在性能上具有优越性。本文通过对某纯电动汽车传动系统参数的匹配，并在实际道路工况上验证了2挡变速器相比于单挡变速器具有更长的续航里程。

2 动力系统参数匹配

2.1 整车基本参数与性能要求

本文以某纯电动汽车为对象为研究，整车参数如表1所示。

表1 某纯电动汽车相关参数

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2.2 驱动电机的参数匹配

电机额定功率需要根据不同运行工况下车辆，所需牵引力功率的大小来确定驱动电机的初选，以确保车辆最高车速计算[7]。

电机峰值功率，必须满足最高车速及最大爬坡度时的功率Pa以及加速时间的功率Pc确定。

基于以上计算电机的额定功率与峰值功率如下。

纯电动汽车使用的电机主要有直流电机、感应电机、永磁无刷电机和开关磁阻电机，主要性能如表2所示。

表2 各种电机基本性能比较

根据以上分析，电机选型基本参数如表3所示。该款电机效率图如图1所示

图1 某款电机效率图

表3 电机选型基本参数

峰值转速/（r/min）6 000额定转矩/N·m 57.8峰值转矩/N·m 170

2.3 传动系数的确定

在驱动电机确定的情况下，纯电动汽车传动系统传动系数的确定需要满足汽车的性能要求，以及使驱动电机尽可能的高效率工作。

(1)传动比上限，主要由电机最高转速和汽车最高速度确定。

其中，nmax为电机最高转速。

(2)传动比下限，由汽车最高车速以及对应的行驶阻力确定。

Fumax为最高车速时对应的汽车阻力, Te为驱动电机额定转矩。

根据以上计算可以分别选取单挡变速器的传动比为10∶1，2挡变速器的传动比为15：1（低速挡）和7.5∶1（高速挡）。

3 评价指标分析

3.1 动力性比价指标

汽车动力性评价指标主要可以从三个方面评判，最高车速、加速时间和汽车的最大爬坡度。

其中，Tm为驱动电机输出转矩，ua为汽车达到的某一车速。

汽车在平直路面所能达到的最高车速如下。

其中，nmax为驱动电机最高转速，imin为传动系统最小传动比。

3.2 经济性评价指标

汽车的经济性能指标主要有等速工况下的行驶里程，最大行驶里程和单位能耗里程等。

本文选取某测试工况最大行驶里程为评价指标。

4 单挡与多挡两种方案续航能力的实测对比

为了验证2挡自动变速器在纯电动汽车上的对节能效果，以某款纯电动汽车为载体，分别安装单速比变速器、2挡自动变速器以相似的工况和测试条件测量车辆的续航能力。

4.1 某款纯电动汽车主要参数（图2）

总质量2 000 kg，最高车速80 km/h。

图2 测试车辆照片

4.2 测试环境及路况

环境温度22～25℃，路况为沥青平路。

4.3 测试方法

分别对安装上述2种不同变速器（其他部件未变）的同一款纯电动车行驶相同的道路（图3）。

先测试安装单速比变速器的车辆行驶里程。确保车辆在起点时的电量SOC为80%，并清零里程表。之后起动车辆并控制车辆时速在75～80 km/h之间，直到其电量SOC下降到50%为止，停止行驶并记录里程数。以上述相同的方法测试3遍。

再测试安装两挡自动变速器的同一台车辆行驶里程。同样以上述相同的方法测试3遍。测试数据如表4所示。

表4 测试数据

图3 测试道路照片

通过测试对比，在纯电动汽车以最高车速行驶的情况下，采用2挡自动变速器的纯电动汽车较采用单速比变速器的纯电动汽车，其续航里程有提升，也即实现了节能的效果。

5 结束语

2挡变速器，随着转速的提高，特别是达到额定转速以上，相比于单挡变速器，可以使驱动电机工作在经济区间。通过实际测试和数据对比，采用2挡自动变速器的纯电动汽车较采用单速比变速器的纯电动汽车，在同等行驶条件下具有更长的续航能力，其验证了上述理论分析的正确性。基于上述研究，2挡自动变速器在纯电动汽车上的应用具有发展前景。

[1]周胜.纯电动汽车动力性及经济性分析[D].长沙:湖南大学,2013.

[2]郭文剑.纯电动汽车两挡AMT动力匹配及性能研究[D].长沙：湖南大学，2016.

[3]冉嘉.纯电动汽车传动参数匹配与传动比优化研究[D].重庆：西南大学，2016.

[4]刘晓洁,别玉娟.纯电动汽车动力匹配的设计与实现[J].产业与科技论坛，2015(10):55-56.

[5]朱晓慧．纯电动汽车传动系统多挡化对整车性能影响的研究[D].合肥:合肥工业大学,2016.

[6]秦大同,周保华,胡明辉,等.两挡电动汽车动力传动系统的参数设计[J].重庆大学学报,2011，34(1):1-6.

[7]姬芬竹,高峰.电动汽车驱动电机和传动系统的参数匹配[J].华南理工大学学报(自然科学版),2006,34(4):33-37.

U469.72文献标示码A

龙军（1980—），男，本科，研究方向为从事整车试验与研究工作。