纯电动汽车两挡AMT 换挡模式概述

刘国涛

（1-同济大学汽车学院 上海 200092 2-一汽-大众汽车有限公司）

引言

纯电动汽车通过电机来驱动车辆运行，所以纯电动汽车具有很好的调速性能。纯电动汽车的主要性能指标包括最高车速、加速能力、爬坡能力和最大续航里程等，这些指标与纯电动车的传动系统有着密切的关系。考虑到纯电动汽车行驶工况的复杂性以及尽量使电机工作在高效率区间，国内外普遍采用变速器来作为纯电动汽车的传动系统。我国的纯电动汽车普遍使用结构简单、效率高、成本低的两挡AMT（automated mechanical transmission，电控机械式自动变速器）[1]。在汽车行驶过程中，两挡AMT 能够使汽车转换为最佳动力性挡位和最佳经济性挡位。但是纯电动汽车在实际运行过程中会出现频繁换挡问题，需要对两挡AMT 换挡模式做进一步研究，不断提高纯电动汽车的实际使用性能。

1 两档AMT 换挡模式

不同的换挡模式能够达到不同的使用目的，当前，纯电动汽车两挡AMT 换挡模式主要有最佳动力性换挡模式、最佳经济性换挡模式以及兼顾动力性和经济性的综合换挡模式等3 种。最佳动力性换挡模式和最佳经济性换挡模式是构成其他换挡模式的理论基础，最佳动力性换挡模式能够让纯电动汽车驾驶人员在最佳动力性的情况下进行换挡操作，最佳经济性换挡模式主要是使纯电动汽车在最佳效率时完成换挡[2]。

1.1 最佳动力性换挡模式

最佳动力性换挡模式的目的是使纯电动汽车能够达到最佳动力，为此，首先需要进行一系列复杂的计算，找到纯电动汽车动力性与汽车各项参数的关系，从而找到纯电动汽车的最佳动力。在对纯电动汽车最佳动力进行计算时，要了解各相关参数在汽车运行过程中的变化。首先通过计算得出最佳动力性升挡曲线，然后得出动力性降挡曲线，将2 条曲线进行合并，最后得到纯电动汽车的动力性换挡曲线[3]。

1.2 最佳经济性换挡模式

纯电动汽车动力电池的能量有限，因此，在满足动力性的前提下，应尽可能提高电驱动系统的能量利用效率，延长纯电动汽车的续航里程。在对最佳经济性换挡模式进行计算时，要弄清楚电机效率与转矩之间的关系。电机效率决定纯电动汽车整体运行的效率，对于最佳经济性换挡模式，需要对不同转矩转速和电机效率之间的关系进行计算。最佳经济性换挡模式和最佳动力性换挡模式的计算方法差不多，需要对换挡曲线进行合成计算，从而找到最佳经济性挡位[4]。

1.3 综合换挡模式

综合换挡模式在理论上综合考虑了动力性和经济性，但是在纯电动汽车的实际生产过程中，综合换挡模式在纯电动汽车高负荷运行时主要考虑汽车的动力性，在中低负荷运行时主要考虑汽车的经济性。综合换挡模式通过对动力性换挡模式和经济性换挡模式进行有机融合，将2 条曲线的交点作为综合换挡模式的分界点，然后将分界点作为动力性换挡模式和经济性换挡模式切换的主要数值理论依据[5-6]。

2 两挡AMT 换挡模式仿真分析

2.1 模型建立

通过建模分析，能够帮助设计人员更好地分析和对比不同换挡模式在纯电动汽车中的实际运行性能，合理选择纯电动汽车的换挡模式，使纯电动汽车符合驾驶人员的驾驶习惯。相关研究人员需要对动力性换挡模式、经济性换挡模式、综合性换挡模式等3 种换挡模式进行建模处理以及分析对比，并且在建模过程中对汽车各项参数进行统一，设置汽车标量和变量，以便进行更加具体的对比[7]。

2.2 模型仿真

在进行建模处理之后，将模型在制定的实验工况下进行实际运行操作，并且将实际运行结果进行对比。汽车的耗能能够很好地反映汽车的动力性和经济性，所以，在制定建模实验工况时，可以对实验电机所用电池的消耗功率进行积分，从而得到纯电动汽车在实际运行中的能耗。纯电动汽车模型在实际运行过程中的能耗能够直接反应经济性，在计算动力性时，不但要结合模型的实际能耗，还要将模型在一定速度内的加速时间作为参考。在进行实际结果评估时，要对换挡冲击进行分析，才能对各个换挡模式有一个综合性能评价[8]。

2.3 仿真结果分析

1）动力性分析。动力性能换挡模式加速到一定速度所需要的时间最短，也就是说，动力性换挡模式的加速度均值最大。相比于动力性换挡模式，综合换挡模式和经济性换挡模式加速到一定速度所需要的时间分别增加了8%和10%。但是，由于实际过程中所需要达到的速度相对较小，纯电动汽车电机需要一定的启动时间，所以在实际过程中，相差的时间相对较小[9]。

2）经济性分析。经济性换挡模式的能耗最小；综合换挡模式对于能量的消耗很大，能耗比经济性换挡模式高10%；动力性换挡模式对于能量的需求十分巨大，能耗比经济性换挡模式高40%，但具有很高的动力性[10]。

3）换挡冲击度分析。驾驶人员在进行换挡操作时，除了对纯电动汽车电机工作造成一定的影响，也就是对纯电动汽车的能耗造成影响，同时产生了纯电动汽车的换挡冲击。换挡冲击对于纯电动汽车的性能有一定影响，换挡冲击度越小，驾驶人员换挡越平顺，换挡也就越容易，驾驶人员的驾驶体验越好。通过建模分析结果可以得知，最佳动力性换挡模式造成的换挡冲击度最大，但3 种换挡模式的换挡冲击度都处于合理范围之内。当换挡冲击度小于8°时，驾驶人员在换挡时只感受到微弱的冲击；当换挡冲击度为8～16°时，驾驶人员在换挡时会感到较小的冲击；当换挡冲击度为16～30°时，驾驶人员在换挡过程中能明显感受到换挡冲击，但是在能够接受的范围之内。如果换挡冲击度超过了30°，驾驶人员在换挡时会有强烈的不适应感[11]。

4）总体性能分析。动力性换挡模式和经济性换挡模式是较为极端的2 种换挡模式，只符合特定的运行条件。在实际使用过程中，综合换挡模式具有很好的使用效果，能够满足绝大多数驾驶人员的驾驶需求[12]。

3 结束语

纯电动汽车在实际使用过程中存在一定的技术问题，需要对纯电动汽车的各项功能进行进一步优化。虽然两挡AMT 换挡模式对纯电动汽车性能的影响相对较小，但是还需要进一步提高相关技术，使纯电动汽车满足绝大多数驾驶人员的驾驶需求。