周海涛

摘 要：新能源纯电动轿车匹配AT自动变速器参数选择，主要从传动比的选择和挡位数的选择进行探讨。传动比的选择主要是最小传动比的选择和最大传动比的选择。最大传动比主要考虑满足最大爬坡度和地面的最大附着力。挡位数的选择主要考虑到挡位数对电动汽车性能的影响，由于电机有较好的调速性，同时结合AT自动变速器单排行星齿轮结构简单的特性因此挡位数为两档。

关键词：纯电动轿车;参数;传动比;挡位数

Abstract： The parameter selection of new energy pure electric car matching at automatic transmission is mainly discussed from the selection of transmission ratio and gear number. The selection of transmission ratio is mainly the selection of minimum transmission ratio and maximum transmission ratio. The maximum transmission ratio is mainly considered to meet the maximum gradient and the maximum adhesion of the ground. The selection of gear number mainly takes into account the influence of gear number on the performance of electric vehicles. Because the motor has better speed regulation， combined with the simple structure of at automatic transmission single row planetary gear， the gear number is two gears.

Keywords： Pure electric car; Parameters; Transmission ratio; Number of gears

引言

新能源纯电动轿车是以后轿车发展必然趋势。由于电动汽车工况复杂，因此对于电机输出的峰值功率及电机恒功率放大系数都有很大的要求，这样相对来说就会对动力电池以及电机就有很大的要求。由于目前的制造及工艺水平，这样会极大的增加电池和电机的成本，进而增加电动轿车的整车成本，从而影响电动轿车的推广应用。因此在电动轿车上匹配一个简单且工艺制造技术成熟的自动变速器就可以就降低電动轿车对电池和电机的依赖。同时对于匹配自动变速器参数选择尤为重要，本文主要以新能源纯电动轿车匹配AT自动变速器参数选择进行探讨。

1 传动比范围的选择

1.1 最小传动比的选择

新能源纯电动汽车最小传动比imin在选择的时候主要考虑满足电动汽车的最高车速umax。最高车速umax指的是汽车在平坦良好的路面能够达到的最高设计车速。因此高车速umax就是电动汽车以电机最高转速nmax在最小传动比imin传递到车轮上的车速。电机最高转速nmax，最小传动比imin，高车速umax有如下的关系，即：

式中：nmax单位n/min，r单位为m，umax单位为km/h。

在电机最高转速nmax时，电动汽车要达到最高车速umax，因此最小传动比imin满足如下关系：

1.2 最大传动比的选择

最大的传动比的选择主要是需要满足驱动轮获得最大的驱动力的要求。因此驱动轮获得最大的驱动力主要有两种情况，分别保证电动汽车的最大爬坡度和在良好附着的平坦路面能够获取的最大驱动力。按上述的两种情况分别计算最大传动比。

（1）最大爬坡度

为了保证电动汽车能够爬上设计的最大爬坡角度αmax，汽车提供的驱动动力Ft要大于或等于爬上此坡度的最小阻力F1，Ft就是电机最大扭矩以最大传动比转递到驱动轮上的驱动力，因此有如下的关系式：

公式中Tmax为电机的最大扭矩，单位为N.m;imax为最大传动比，r为车轮的滚动半径，η为传动系的机械效率。

汽车的爬坡阻力主要有轮胎的滚动阻力、风阻力、加速阻力和重力沿着坡度的分力，因此爬上此坡度的最小阻力可以近似认为风阻和加速阻力为零，因此F1即为：

式中G为汽车的重力，f为滚动阻力系数。

将公式（5）代入到公式（4）中就可以求出imax，由此可得：

（2）在良好附着的平坦路面能够获取的最大驱动力

在良好附着的平坦路面电动汽车能够获取的最大驱动力受车轮附着系数限制的，但是电机峰值力矩一定时，可以通过增大传动比来实现减速增扭，但是当驱动力矩大于了地面提供最大附着力，车轮就将会打滑，因此电动汽车以最大传动比驱动时，驱动力应该小于或者等于驱动动轮与地面的最大附着力，因此驱动力需要满足如下关系：

式中FN为驱动轮垂直反力，φ为地面的最大附着系数。

由于电动轿车大多数都是前轮驱动因此，前轮的驱动垂直反力FN为：

式中G为汽车的重力，L为汽车轴距，b为后轴到汽车质心的距离。

由式（6）、（7）、（8）可以得出imax取值范围即：

2 AT自动变速器的挡位数的选择

2.1 挡位数对整车性能的影响

和燃油汽车一样，增加纯电动汽车的挡位数，可以使电动机在最大功率工作的机会更多，这样有利于提高电动汽车的动力性;同时也可以使电动汽车在经济功率区工作的机会更多，有利于提高电动汽车的经济性，增加电动汽车的续航里程。但是对电动汽车来说，电动机相比于传统的内燃机有更好的调速性，因此如果挡位数不宜过多。挡位数过多会使得电动汽车的结构更加复杂，同时会增加电动汽车的质量及成本，但是如果只有单一的一个挡位或者没有，哪么对电机的调速性以及输出的峰值扭曲要求又特别的高，这样的电机的成本就相对比较高，特别是电动轿车工作的环境又相对比较复杂。

2.2 挡位数的选择

根据前面的分析新能源纯电动轿车变速器的挡位数的选择主要考虑两个方面的问题，其一是要满足最大爬坡度的驱动力同时不能打滑;其二是满足电动汽车的最高车速，其他的速度及力矩变化可以通过电动机的调速性来实现，一般情况电动汽车的变速器的单位数不超过三个挡位。同时电动轿车在匹配AT自动变速时候，挡位更不能太多，利用简单的单排行星齿轮最为适宜，因为挡位数比较多的时候就只能采用复合行星齿轮机构，那样的话结构就相对比较复杂，同时会增加成本，降低传递效率。结合上述分析匹配AT自动变速器时挡位数选择两个挡位。

3 总结

由于环境污染以及能源的枯竭，新能源纯电动轿车将是发展的主流。但是电动汽车技术及成本主要取决于电池及电机，因此通过前面探讨，新能源纯电动轿车匹配AT自动变速器并进行恰当的参数选择，可以降低对此的依存度，降低成本提高电动轿车的技术及性能的可靠性，这样有利于电动轿车的进一步的推广。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2] 吉毅，纯电动汽车用AMT参数设计及换挡控制策略优化[D]，重庆大学，2014.5.

[3] 两挡纯电动汽车动力传动系统的参数匹配与优化[J].龚贤武，唐自强，马建，吴德军.合肥工业大学学报（自然科学版）. 2017（03）.

[4] 基于多目标优化的纯电动车动力系统参数匹配方法[J].张抗抗，徐梁飞，华剑锋，李建秋，欧阳明高，赵小羽，成艾国.汽车工程.2015 （07）.