純電動汽車兩擋AMT 換擋模式概述

劉國濤

（1-同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院 上海 200092 2-一汽-大眾汽車有限公司）

引言

純電動汽車通過電機(jī)來驅(qū)動車輛運(yùn)行，所以純電動汽車具有很好的調(diào)速性能。純電動汽車的主要性能指標(biāo)包括最高車速、加速能力、爬坡能力和最大續(xù)航里程等，這些指標(biāo)與純電動車的傳動系統(tǒng)有著密切的關(guān)系?？紤]到純電動汽車行駛工況的復(fù)雜性以及盡量使電機(jī)工作在高效率區(qū)間，國內(nèi)外普遍采用變速器來作為純電動汽車的傳動系統(tǒng)。我國的純電動汽車普遍使用結(jié)構(gòu)簡單、效率高、成本低的兩擋AMT（automated mechanical transmission，電控機(jī)械式自動變速器）[1]。在汽車行駛過程中，兩擋AMT 能夠使汽車轉(zhuǎn)換為最佳動力性擋位和最佳經(jīng)濟(jì)性擋位。但是純電動汽車在實(shí)際運(yùn)行過程中會出現(xiàn)頻繁換擋問題，需要對兩擋AMT 換擋模式做進(jìn)一步研究，不斷提高純電動汽車的實(shí)際使用性能。

1 兩檔AMT 換擋模式

不同的換擋模式能夠達(dá)到不同的使用目的，當(dāng)前，純電動汽車兩擋AMT 換擋模式主要有最佳動力性換擋模式、最佳經(jīng)濟(jì)性換擋模式以及兼顧動力性和經(jīng)濟(jì)性的綜合換擋模式等3 種。最佳動力性換擋模式和最佳經(jīng)濟(jì)性換擋模式是構(gòu)成其他換擋模式的理論基礎(chǔ)，最佳動力性換擋模式能夠讓純電動汽車駕駛?cè)藛T在最佳動力性的情況下進(jìn)行換擋操作，最佳經(jīng)濟(jì)性換擋模式主要是使純電動汽車在最佳效率時(shí)完成換擋[2]。

1.1 最佳動力性換擋模式

最佳動力性換擋模式的目的是使純電動汽車能夠達(dá)到最佳動力，為此，首先需要進(jìn)行一系列復(fù)雜的計(jì)算，找到純電動汽車動力性與汽車各項(xiàng)參數(shù)的關(guān)系，從而找到純電動汽車的最佳動力。在對純電動汽車最佳動力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要了解各相關(guān)參數(shù)在汽車運(yùn)行過程中的變化。首先通過計(jì)算得出最佳動力性升擋曲線，然后得出動力性降擋曲線，將2 條曲線進(jìn)行合并，最后得到純電動汽車的動力性換擋曲線[3]。

1.2 最佳經(jīng)濟(jì)性換擋模式

純電動汽車動力電池的能量有限，因此，在滿足動力性的前提下，應(yīng)盡可能提高電驅(qū)動系統(tǒng)的能量利用效率，延長純電動汽車的續(xù)航里程。在對最佳經(jīng)濟(jì)性換擋模式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要弄清楚電機(jī)效率與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。電機(jī)效率決定純電動汽車整體運(yùn)行的效率，對于最佳經(jīng)濟(jì)性換擋模式，需要對不同轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速和電機(jī)效率之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。最佳經(jīng)濟(jì)性換擋模式和最佳動力性換擋模式的計(jì)算方法差不多，需要對換擋曲線進(jìn)行合成計(jì)算，從而找到最佳經(jīng)濟(jì)性擋位[4]。

1.3 綜合換擋模式

綜合換擋模式在理論上綜合考慮了動力性和經(jīng)濟(jì)性，但是在純電動汽車的實(shí)際生產(chǎn)過程中，綜合換擋模式在純電動汽車高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)主要考慮汽車的動力性，在中低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)主要考慮汽車的經(jīng)濟(jì)性。綜合換擋模式通過對動力性換擋模式和經(jīng)濟(jì)性換擋模式進(jìn)行有機(jī)融合，將2 條曲線的交點(diǎn)作為綜合換擋模式的分界點(diǎn)，然后將分界點(diǎn)作為動力性換擋模式和經(jīng)濟(jì)性換擋模式切換的主要數(shù)值理論依據(jù)[5-6]。

2 兩擋AMT 換擋模式仿真分析

2.1 模型建立

通過建模分析，能夠幫助設(shè)計(jì)人員更好地分析和對比不同換擋模式在純電動汽車中的實(shí)際運(yùn)行性能，合理選擇純電動汽車的換擋模式，使純電動汽車符合駕駛?cè)藛T的駕駛習(xí)慣。相關(guān)研究人員需要對動力性換擋模式、經(jīng)濟(jì)性換擋模式、綜合性換擋模式等3 種換擋模式進(jìn)行建模處理以及分析對比，并且在建模過程中對汽車各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一，設(shè)置汽車標(biāo)量和變量，以便進(jìn)行更加具體的對比[7]。

2.2 模型仿真

在進(jìn)行建模處理之后，將模型在制定的實(shí)驗(yàn)工況下進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行操作，并且將實(shí)際運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行對比。汽車的耗能能夠很好地反映汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性，所以，在制定建模實(shí)驗(yàn)工況時(shí)，可以對實(shí)驗(yàn)電機(jī)所用電池的消耗功率進(jìn)行積分，從而得到純電動汽車在實(shí)際運(yùn)行中的能耗。純電動汽車模型在實(shí)際運(yùn)行過程中的能耗能夠直接反應(yīng)經(jīng)濟(jì)性，在計(jì)算動力性時(shí)，不但要結(jié)合模型的實(shí)際能耗，還要將模型在一定速度內(nèi)的加速時(shí)間作為參考。在進(jìn)行實(shí)際結(jié)果評估時(shí)，要對換擋沖擊進(jìn)行分析，才能對各個(gè)換擋模式有一個(gè)綜合性能評價(jià)[8]。

2.3 仿真結(jié)果分析

1）動力性分析。動力性能換擋模式加速到一定速度所需要的時(shí)間最短，也就是說，動力性換擋模式的加速度均值最大。相比于動力性換擋模式，綜合換擋模式和經(jīng)濟(jì)性換擋模式加速到一定速度所需要的時(shí)間分別增加了8%和10%。但是，由于實(shí)際過程中所需要達(dá)到的速度相對較小，純電動汽車電機(jī)需要一定的啟動時(shí)間，所以在實(shí)際過程中，相差的時(shí)間相對較小[9]。

2）經(jīng)濟(jì)性分析。經(jīng)濟(jì)性換擋模式的能耗最?。痪C合換擋模式對于能量的消耗很大，能耗比經(jīng)濟(jì)性換擋模式高10%；動力性換擋模式對于能量的需求十分巨大，能耗比經(jīng)濟(jì)性換擋模式高40%，但具有很高的動力性[10]。

3）換擋沖擊度分析。駕駛?cè)藛T在進(jìn)行換擋操作時(shí)，除了對純電動汽車電機(jī)工作造成一定的影響，也就是對純電動汽車的能耗造成影響，同時(shí)產(chǎn)生了純電動汽車的換擋沖擊。換擋沖擊對于純電動汽車的性能有一定影響，換擋沖擊度越小，駕駛?cè)藛T換擋越平順，換擋也就越容易，駕駛?cè)藛T的駕駛體驗(yàn)越好。通過建模分析結(jié)果可以得知，最佳動力性換擋模式造成的換擋沖擊度最大，但3 種換擋模式的換擋沖擊度都處于合理范圍之內(nèi)。當(dāng)換擋沖擊度小于8°時(shí)，駕駛?cè)藛T在換擋時(shí)只感受到微弱的沖擊；當(dāng)換擋沖擊度為8～16°時(shí)，駕駛?cè)藛T在換擋時(shí)會感到較小的沖擊；當(dāng)換擋沖擊度為16～30°時(shí)，駕駛?cè)藛T在換擋過程中能明顯感受到換擋沖擊，但是在能夠接受的范圍之內(nèi)。如果換擋沖擊度超過了30°，駕駛?cè)藛T在換擋時(shí)會有強(qiáng)烈的不適應(yīng)感[11]。

4）總體性能分析。動力性換擋模式和經(jīng)濟(jì)性換擋模式是較為極端的2 種換擋模式，只符合特定的運(yùn)行條件。在實(shí)際使用過程中，綜合換擋模式具有很好的使用效果，能夠滿足絕大多數(shù)駕駛?cè)藛T的駕駛需求[12]。

3 結(jié)束語

純電動汽車在實(shí)際使用過程中存在一定的技術(shù)問題，需要對純電動汽車的各項(xiàng)功能進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。雖然兩擋AMT 換擋模式對純電動汽車性能的影響相對較小，但是還需要進(jìn)一步提高相關(guān)技術(shù)，使純電動汽車滿足絕大多數(shù)駕駛?cè)藛T的駕駛需求。