周洋;张娟萍
【摘 要】基于纯电动汽车中使用的单级减速器现状,利用GT整车仿真软件建立蓄电池、电动机及驱动系统和整车仿真模型,通过对整车行驶动力性能和续驶里程的仿真分析,对减速器速比的选择依据进行研究,并在实车上进行仿真验证,得出不同的整车性能定义下相对合理的速比选择范围.
【期刊名称】《山东交通学院学报》
【年(卷),期】2014(022)002
【总页数】4页(P9-12)比速汽车是哪个公司
【关键词】电动汽车;减速器;速比;仿真
【作 者】周洋;张娟萍
【作者单位】上海大众汽车有限公司,上海201805;上海大众汽车有限公司,上海201805
【正文语种】中 文
【中图分类】U469.72
能源短缺与环境污染的挑战使得清洁能源汽车受到越来越多的关注，作为研究重点之一的纯电动汽车，发展前景广阔。减速器作为传动系统中的重要组成部分是电动汽车研究的重点项目之一。电动机的起动转矩很大，可实现低速恒扭矩、高速恒功率的工作模式，且易实现无级调速。为提高传动系统效率，选择结构简单、制造成本低的固定速比减速器。
1 减速器速比选择
以某型号电动汽车为研究对象，在已有的动力传动系统参数设计基础上，建立电动汽车整车驱动模型。首先应用理论公式计算减速器速比选择的大致范围，再通过仿真模拟整车特性，选择不同的速比对比分析车辆动力性与续驶里程的最优状态，最后得出减速器的最佳速比范围。
1.1 主要技术参数
在电动机输出特性一定时，减速器速比的选择，依赖于整车的动力性能指标要求。影响电动汽车动力性能的因素很多，不仅与整车及各部件的参数有关，而且也与驾驶工况等密切相关。
根据国家及地方法规［1-2］，并参考乘用车驾驶员对车辆的性能要求，纯电动汽车主要技术参数及整车动力性参数为:
1)整车。①主要技术参数。长×宽×高=4 598 mm×1 740 mm×1 452 mm、整备质量1 550 kg、迎风面积2 m2、空气阻力系数0.33、滚动阻力系数0.012、轮胎滚动半径295 mm、轴距2 600 mm。②主要动力性参数。最大车速120 km/h、最大爬坡度30%、0～50 km/h的加速时间＜6 s、0～100 km/h的加速时间＜12 s、60 km/h续驶里程为160 km、工况法续驶里程为110 km。
2)电机参数。最大功率为85 kW、最大扭矩为260 N·m。
3)蓄电池参数。能量为25 kW·h、电压为290 V、SOC范围为95% ～20%。
4)减速器效率。97%。
1.2 减速器速比选择范围
电动汽车机械传动系统的主要部件包括固定速比减速器、差速器、半轴、驱动车轮等。减速器速比i的选择直接影响车辆传动系统的工作性能，如果选择不当，将对整车性能产生不利影响，根据汽车理论经验公式［3］得出减速器速比的大致选择范围。
1)速比上限的选择
速比上限i1的计算公式为
式中 nmax为电机转速上限，nmax=13 000 r/min;umax为车速上限，umax=120 km/h;r为车轮滚动半径。
计算得 i1≤11.52。
2)速比下限的选择
由电动机最高转速对应的最大输出扭矩Tumax和最高车速对应的行驶阻力Fumax确定传动系速比的下限i2，计算公式为
式中 η为传动系效率。
计算得 i2≥4.82。
由电动机最大输出扭矩Tamax和最大爬坡度对应的行驶阻力Famax确定速比的下限i3，计算公式为
计算得 i3≥5.21。
选取i2与i3中的最大值为速比下限，为5.21。因此，减速器速比大致范围为5～12。
为进一步精确定义减速器速比选择范围，在其它边界条件如滚动阻力、电动机输出扭矩特性、空气阻力等不变的情况下，通过车辆性能仿真软件分别选择不同的速比进行仿真，最后根据车辆行驶性能的仿真结果更准确的确定速比范围。
1.3 循环工况的选择
车辆行驶过程中，为适应不同的道路状况，需要不断改变行驶速度和行驶状态，如加速、恒速或减速，实际的车辆速度非常复杂，不可能是线性的，本文按照文献［2］中的NEDC
行驶工况进行仿真。
1.4 电动汽车性能仿真
参考现有电动汽车传动系仿真方法［4-5］，利用GT仿真软件中的仿真模型(电机、蓄电池、驱动电机、控制器等已经与实物实测结果进行过多次对比纠正，该模型已经搭建成为成熟的整车环境)，基于以上整车环境及动力性行驶性能要求，在电机/电池等核心零部件参数一致的情况下，分别对不同速比(5～12)进行整车动力性能仿真［6-7］，分析减速器速比的参数设计对车辆动力性能的影响［8］，并给出仿真结果如表1～2。
表1 仿真结果对比减速器速比最大车速/(km·h-1)最大爬坡度/%加速性能/s车速0～100 km/h 车速0～50 km/h 车速50～80 km/h续驶里程(工况法)926 6 198.070 28.103 12.497 5.114 3.759 117.887 7 190.647 33.304 11.792 4.410 3.758 116.186 8 166.817 38.755 11.442 3.934 3.782 114.839 9 148.281 44.521 11.271 3.637 3.832 113.541 10 133.453 50.681 11.222 3.410 3.881 111.509 11 121.321 57.335 11.223 3.261 3.982 109.105 12 111.211 64.616 11.273 3.187 4.057 106.644 13 102.656 72.700 11.349 3.112 4.157 103.801 14 95.324 81.839 11.495 3.058 4.232 102.998 15 88.968 92.398 11.646 3.033 4.332 101.62
5/km 5 198.206 23.099 13.706 6.147 4.012 118.
表2 不同车速下匀速行驶的续驶里程减速器速比续驶里程/km车速40 km/h 车速50 km/h 车速减速器速比续驶里程/km车速40 km/h 车速50 km/h 车速767 6 219.482 199.525 180.517 7 216.507 196.1441 179.115 8 215.535 191.426 170.170 9 213.644 188.640 168.425 10 210.907 186.591 166.799 60 km/h 5 220.969 202.995 183.60 km/h 11 208.599 187.102 161.900 12 206.775 184.575 153.892 13 206.067 179.905 153.892 14 206.034 175.847 150.714 15 202.611 172.403 148.574
1.5 仿真结果分析
1)最高车速及最大爬坡度。结合表1～2中仿真结果，根据整车动力参数的要求最大车速≮120 km/h，则速比i≤11;最大爬坡度≮30%，则i≥7;因此i=7～11。
2)加速性能。由表1可知，0～100 km/h加速时i=9～11时加速性能达到最优，而0～50 km/h加速时的加速时间在i=10～11间最优，50～80 km/h加速时的加速时间在i=7～9最优。
3)续驶里程。由表1～2可知，随着速比的增加以及车速增大，续驶里程逐渐减小。车辆如
保持匀速行驶，能有效提高车辆的续驶里程。车辆匀速行驶速度越高，由于风阻及轮胎滚动阻力增加，续驶里程将会减少。
因此i=7～11。
2 实车验证
以某型号的纯电动汽车为试验样车(无能量回馈功能)，样车动力性能指标参数为:最大车速为120 km/h、最大爬坡度为30%、0～100 km/h的加速时间＜12 s、续驶里程为110 km。
根据该车整车性能定义，选取固定速比为9.5的减速器做试验［9-12］，实车测得最大车速为145 km/h、最大爬坡度为49%、0～100 km/h的加速时间为11.5 s、续驶里程为115.21 km，满足原样车的动力性能指标要求。
将i=9.5时的实车试验数据与表1中i=9、i=10时的仿真数据对比可知，其最大车速与最大爬坡度的实测数据与仿真结果相近，加速性能与续驶里程数据与仿真数据误差值很小，基本在3%之内，进一步验证了该仿真结果数据的可靠性，说明i=7～11能够很好的满足整车设计要求［13-16］。
3 结语
1)电动汽车驱动电机转速调节区间大，在减速器固定速比条件下，通过电机转速调节实现车辆在0～120 km/h行驶，且纯电动汽车经常行驶在城市较好的路面上，车流密度较大，车速经常在60 km/h以内，速度变化范围不大，加上电机具有良好的驱动特性，因此采用固定减速比，既保证了电机低速高扭矩特性的发挥，又减轻了重量，确保使用单级减速器的经济性。
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