單級變速器和雙級變速器傳動的電動汽車動力系統

在電動汽車中，傳動系統在傳動系和輪軸之間采用單級變速器（即：單齒輪傳動比）是相當常見，而極少采用雙級變速器。這項最新的研究表明，雙級變速器（雙齒輪傳動比）系統可以提高純電動汽車約4%范圍NEDC續駛里程。

單級變速器

雙級變速器

新一代日產聆風 

設計參數來源：日產聆風汽車

基于SaberRD動力系統設計的核心：

純電動汽車動力系統

電機設計

用JMAC有限元求解器建立的高保真 永磁同步電機模型包括空間諧波、磁通飽和和頻率相關的鐵損耗。

 JMAC有限元求解器 PMSM模型

電機控制

電機由三相電壓源逆變器(VSI)提供電流，該逆變器采用FOC算法控制，實現每安培最大轉矩(MTPA)和弱磁控制，并采用正弦PWM調制方法。

FOC、MTPA、FW控制算法

電壓源逆變器(VSI)和三相PMSM電機

VSI和電機模型是使用dq模型，沒有涉及 切換，這可以實現最大的模擬速度。在模擬中，新歐洲駕駛循環(NEDC)不斷重復，直到電池耗盡。相當于7個小時的駕駛在大約25秒內模擬仿真完畢。這也就是為適當的分析選擇適當的設備模型抽象級別的優點。

NEDC行駛工況

動力電池包

直流電壓源(365V)通過使用SaberRD中的電池工具表征的鋰離子電池來實現。動力電池包-這個模型的精度決定了車速與行駛里程可以被設計驗證。SaberRD電池工具用來描述電池組。該工具可根據數據表中的曲線直觀地創建模型，內置的優化器可將模型特征與數據表曲線進行擬合對齊。

Battery Tool

變速傳動系統

傳動系統- 電機軸通過傳動系統耦合到傳動軸上。在SaberRD通用庫中，提供變速器模型(transmission_w)，該模型可以配置多個傳動比，傳動比通過外部狀態輸入進行控制。為了模擬自動手動變速器系統，軸轉速被感知，齒輪在設定的過渡速度中移位換檔。

目前大多數電動汽車只有一個檔位，在整個速度范圍內沒有檔位之間的轉換。

傳動系統

車身

傳動軸連接到一個簡化的汽車動力學模型，該模型考慮斜坡上的重力，以及滾動阻力和空氣阻力。

車身動力學模型

電動汽車動力傳動系統設計 

一級變速齒輪和二級變速齒輪速比設計，最佳換檔時機(換擋車速)設計，將利用利用WCA工具利用數值優化算法自動搜索最優解。三個參數：齒輪1的速比、齒輪2的速比、換擋車速將在一個設定范圍內變化，前提目標是：最大行駛距離并要求車輛達到理想的速度。

WCA極限工況數值優化算法工具

最終優化得到動力系統變速換擋規律及數據為：

ratio1=3.8011

Ratio2=1.7234

換擋時機=69.63Km/h

 

建立Experiment，對整個動力系統模型進行仿真分析

單級變速器行駛距離仿真結果=268.87Km

雙級變速器行駛距離仿真結果=279.48Km

車輛行駛距離增長率=(279.48 ? 268.87) 268.87 × 100 =3.94 %

結論：

采用雙級齒輪傳動系統的電動汽車動力系統可使車輛行駛距離提高了約4%。使用SaberRD對優化后的參數值進行仿真，測量結果驗證了增加范圍的要求。WCA最壞情況分析工具可幫助優化設計參數，實現最大限度地提高車輛NEDC行駛里程。

反過來，在相同的行駛里程中，雙級齒輪傳動系統的使用可以節省4%行駛里程所消耗的電能，1輛400公里續駛里程的車輛，就可節省16公里所消耗的電能。一輛車按20萬公里的行駛里程計算，跑完其一生，可為其節省8000公里路程所消耗的電能，那如果是10萬輛汽車呢？下一期我們做一個有趣的調查研究，就增加的公里數為全球節省多少電能做一個詳細的研究分析。