基于Cruise的電動汽車匹配CVT變速器仿真分析

唐麗萍　呂掌權(quán)

摘 要：目前，固定速比減速器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，在電動汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。但是，該結(jié)構(gòu)形式對電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩特性有較高的要求，而且增加了電機在低效率范圍工作的概率，而無級變速器在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)變化，實現(xiàn)電機的高效運轉(zhuǎn)。因此本文針對某款電動車，分別匹配固定速比減速器和CVT無級變速器進行仿真分析。結(jié)果表明，在NEDC循環(huán)工況下，匹配CVT無級變速器的電動汽車在動力性方面明顯增強，但經(jīng)濟性有所減低。關(guān)鍵詞：CRUISE;純電動汽車;CVT中圖分類號：U469.7 ?文獻標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）01-06-03

Abstract： At present， the fixed speed ratio reducer has been widely used in electric vehicles due to its simple structure and low cost. However， this structure has higher requirements on the speed and torque characteristics of the motor， and increases the probability of the motor operating in the low efficiency range. The CVT can be continuously changed in a certain range to achieve efficient motor operation. Therefore， in this paper， a fixed speed ratio reducer and CVT stepless transmission are respectively matched for simulation analysis of a certain electric vehicle. The simulation results show that， under NEDC cycle condition， the electric vehicle matched with CVT transmission has obvious enhancement in power performance， but the economy is reduced to some extent.Keywords： CRUISE; Electric Vehicle; CVTCLC NO.： U469.7 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）01-06-03

前言

隨著國家政策的大力支持，我國電動汽車行業(yè)得到了快速發(fā)展，2018年中國電動汽車產(chǎn)銷量突破200萬輛，但是現(xiàn)階段電動汽車續(xù)航里程、能耗問題一直是汽車廠商亟待解決的問題，對電動汽車傳動系統(tǒng)進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計及參數(shù)匹配能夠提高電動汽車的性^[1]。目前，絕大部分汽車使用固定傳動比減速器，該傳動方式，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是采用固定速比減速器，對電機的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩特性要求較高，電機效率相對較低^[2]。而搭載CVT無級變速器能夠充分發(fā)揮電機性能，提高電機在低轉(zhuǎn)速時的扭矩和高轉(zhuǎn)速下的功率，增大電機在高效率范圍工作的概率^[3]。

在電動汽車多擋化的方面，國內(nèi)外有很多相關(guān)研究，但是多數(shù)采用兩擋式變速器，能在一定程度上提高整車的經(jīng)濟性及動力性，但是對搭載CVT變速器的研究較少^[4-6]。本文針對某電動汽車，在原有電機、電池等核心部件不變的前提下，分別搭載固定速比減速器和CVT無級變速器，對整車動力性參數(shù)進行匹配計算，并在NEDC循環(huán)工況下對比固定傳動比減速器電動汽車和搭載CVT無級變速器電動汽車的動力性和經(jīng)濟性仿真。

1 整車參數(shù)

以某電動汽車為基礎(chǔ)，建立電動汽車整車動力學(xué)模型，該電動汽車整車基本參數(shù)如表1所示，動力總成的基本參數(shù)如表2所示。

2 固定傳動比減速器電動汽車模型

2.1 固定速比變速器電動汽車模型建立

本文利用AVL CRUISE 軟件建立固定速比變速器電動汽車模型。該模型采用單電機前輪驅(qū)動，電機及電池參數(shù)如表2所示，根據(jù)汽車最高車速及最大爬坡度，計算主減速器傳動比。然后將動力傳遞的各個模塊加入到模型中，建立正確的信號連接，固定速比減速器電動汽車模型如圖1所示。

（1）最小傳動比的計算

驅(qū)動電機的最小傳動比應(yīng)該滿足汽車的最高車速要求，最小傳動比由公式（1）計算：

得到汽車的最小傳動比i_min=5.855。

（2）最大傳動比的計算

汽車的最大傳動比應(yīng)該滿足最大爬坡度的要求，由公式（2）進行計算：

得到變速器最大傳動比i_max=6.175。

因此固定速比減速比的傳動比范圍為5.855～6.175，在兼顧動力性和經(jīng)濟性的同時，變速器傳動比選擇6.015。

2.2 固定速比變速器電動汽車仿真計算及結(jié)果

本文主要研究電動汽車的動力性和經(jīng)濟，通過對模型進行NEDC循環(huán)工況進行仿真，來得到該電動汽車的百公里耗電量、最高車速、加速時間以及爬坡。其仿真分析結(jié)果如下：

（1）該電動汽車的最高車速可以達到175km/h;該電動車在滿載條件下的最大爬坡為29.98%;

（2）該電動車0-100km/h加速時間為10.40s;

（3）該電動汽車在ENDC工況下百公里耗電量為13.87kwh/100km;續(xù)航里程約220km。

3 搭載CVT變速器電動車模型

搭載CVT變速器的電動車與固定速電動汽車的區(qū)別主要在于，CVT變速器的傳動比是在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)變化。其常見的傳動比在0.5-3.0之間，根據(jù)汽車的不同要求，可以適當(dāng)修改最小以及最大傳動比。在CVT工作過程中，傳動比主要是根據(jù)主從動帶輪之間的夾緊力的比值決定的，為了滿足汽車正常行駛的各工況要求，要求CVT的傳動比應(yīng)滿足公式（3）：

其中i_min、i_max分別為最小傳動比和最大傳動比，即CVT的傳動比應(yīng)在i_min和i_max之間。

由公式（3）可以得到CVT的傳動比范圍，因此該CVT模型的傳動比設(shè)置為0.68-2.68。同時在考慮汽車最高車速，最大爬坡度的情況下，該CVT變速器傳動比設(shè)置為0.68-2.88。

3.1 搭載CVT變速器電動汽車模型建立

在AVL-Cruise中，建立電動汽車整車模型;其中，整車基本參數(shù)、電機模型、電池模型等與2.1節(jié)固定傳動比電動汽車模型參數(shù)相同。在CVT變速器模塊中需要添加CVT變速器的控制策略。而CVT變速器的控制策略是由車速、汽車負載等參數(shù)調(diào)整變速器的傳動比，使得汽車在不同工況均可得到在有效的傳動比。本文選擇Cruise中CVT變速器集成的控制策略模塊。

3.2 搭載CVT變速器電動汽車仿真計算及結(jié)果

搭載CVT變速器電動汽車的仿真計算采用與固定傳動比電動汽車仿真相同工況進行仿真計算，其仿真結(jié)果如下：

（1）該電動汽車的最高車速可以達到186km/h;該電動車在滿載條件下的最大爬坡為38.02%。

（2）該電動車通過0-100km/h加速時間為9.53s;

（3）該電動汽車在ENDC工況下百公里耗電量為15.79kwh/100km;續(xù)航里程約187 km。

3.3 搭載CVT和固定速比的變速器的仿真結(jié)果對比分析

本文分別將固定傳動比變速器和搭載CVT變速器的電動汽車仿真結(jié)果如表3所示。通過對比發(fā)現(xiàn)，與搭載固定速比變速器的電動車相比，0-100km/h加速時間減少8.3%，最高車速提升6.3%，最大爬坡度上升26.8%。因此，搭載CVT

變速器的電動汽車在動力性能方面比搭載固定傳動比變速器的電動車表現(xiàn)要好;但是經(jīng)濟性能表現(xiàn)要差，百公里耗電量增加了13.8%，續(xù)航里程下降了15%。

4 結(jié)論

本文針對某款分別對搭載固定傳動比變速器電動汽車和搭載CVT變速器電動汽車進行仿真分析。對比結(jié)果顯示與固定傳動比變速器電動汽車相比，搭載CVT變速器電動汽車在動力性方面表現(xiàn)較好，動力性能有較大的提高，百公里加速時間減少8.3%，最高車速提升6.3%，最大爬坡度上升26.8%;而在經(jīng)濟性方面變現(xiàn)相對較弱，百公里耗電量增加13.8%，續(xù)航里程下降了15%。搭載CVT變速器的電動汽車動力性表現(xiàn)較好可能是因為CVT變速器傳動比變化范圍較大，與固定傳動變速器相比更能滿足最大車速和最大爬坡度的要求。經(jīng)濟性相對較差可能是由于CVT變速器的換擋策略不能讓電機工作在效率最高的區(qū)域。

參考文獻

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