作者：姬芬竹、高峰
电动汽车传动系统参数确定原则
电动汽车的动力性评价指标与传统内燃机汽车相同，即最高车速、加速时间和最大爬坡度。
而电动机机械特性与传统汽车用内燃机特性有很大不同，内燃机的运行工况为：
P∝T·n
式中：P为有效功率；T为扭矩；n为工作转速。当功率一定时，转速与扭矩成反比，显然内燃机的工作区域被限制在一定范围内（nmin～nmax），并有一定的扭矩储备（10%～20%），如图1所示。
因此，为了满足汽车速度在宽广范围内变化的要求，所有以内燃机为动力的车辆必须设置离合器。
电动机的机械特性对驱动车辆十分有利。电动机的最大功率可达额定功率的3倍甚至更高，而最大功率工况不能长时间运行，因此必须用额定工况计算电动汽车的最大爬坡度和最高车速。
汽车的加速、起步过程时间较短，理论上可以用电动机的外特性进行设计计算。与传统内燃机特性不同的是，电动机的机械特性是低速恒扭矩和高速恒功率，如图2所示，图中nN表示电动机基频所对应的转速.转速越小，电机输出扭矩越大，正好满足汽车起步或爬坡工况车速较低时，需要较大扭矩的要求。
此外，由于电动机的起动、加速性能特别好，其转速-扭矩特性能满足汽车各种行驶工况的需要，故电动汽车不必设置离合器。
传动系统有多个挡位时，驱动力图与内燃机汽车相比也有其特殊性，所以在选择挡位数和速比、确定最高车速时也与内燃机汽车不同，需要考虑两个主要的动力与阻力平衡点。
一个是以常用车速在良好路面上匀速行驶的转矩平衡点，另一个是最高车速时的转矩平衡点。它们对电动汽车传动系中变速器挡位数的选择产生重要影响.理论上，应使电动汽车的常用车速落在基频上，以直接挡获得最高车速，功率平衡点在等功率段上。
图3是电动汽车功率平衡分析图，图中Pf+Pw为汽车行驶阻力功率，kW；Pe为电动机额定功率，kW，η为传动系统效率；ig为变速器传动比；vN为电动机基频所对应的汽车速度，km/h；vmax为电动汽车最高速度,，km/h；va为汽车行驶速度,，km/h。下面对可能出现的几种情况进行分析。
（1）电动机从基频向上调速的范围足够大，即：nmax/nN≥2.5时，选择一个挡位即可，即采用固定速比。这是一种理想情况，其功率平衡图如图3(a)所示。
在设计计算时，按照要求先确定图中的B点和A点，再根据A点计算传动系总传动比i∑。由于仅选择一个挡位，若固定速比ig=1，则主传动比i0=i∑。
此时应注意变频范围也不宜太大，一般考虑最高车速对应的电动机转速为其最高转速的90%～95%即可。
（2）电动机从基频向上调速的范围不够宽，电动机最高转速不能满足nmax/nN≥2.5时，应考虑再增加一个挡位，如图3（b）所示。
与前一种情况不同的是要根据i∑=i0ig，再合理分配i0和变速器各挡位的传动比ig。
（3）电动机从基频向上调速的范围较窄，满足nmax/nN≤1.8，如图3（c）所示，此时增加一个挡位后在等功率段车速无法衔接起来。
在这种情况下，当车速达到C点后，先由C点到D点进入等转矩工作区，然后再经D点、E点进入等功率区段工作，也可以考虑再增加一个挡位，传动比的设计计算方法同前。
（4）如果出现第3种情况，说明电动机参数与整车性能要求不匹配，应考虑重新选择电动机的参数。
电动机和传动系统参数设计
电动机参数的确定
正确选择电动机的额定参数非常重要，如果选择过小，电动机经常在过载状态下运行。
相反，如果选择太大，电动机经常在欠载状态下运行，效率及功率因数降低，不仅浪费电能，而且增加动力电池的容量，综合经济效益下降。
通常，从保证汽车预期的最高车速来初步选择电动机应有的功率，最高车速虽然只是汽车动力性能的一个指标，但它实质上也反映了汽车的加速能力和爬坡能力。
所选择的电动机功率应不小于汽车在良好路面上以最高车速行驶时的阻力功率之和，即
式中：Pe为电动机额定功率，kW；G为整车总重量，N；f为滚动阻力系数；vamax为最高车速，km/h；CD为空气阻力系数；A为车辆迎风面积，m2。
XL型电动汽车的整车主要技术参数见表1。需特别说明的是采用固定速比时，电池箱也经过了减重设计。根据表1有关参数，由公式（2）计算电动机的额定功率Pe=19.6kW。计算时取固定速比传动系统的效率η=0.95，滚动阻力系数f=0.，空气阻力系数CD=0.29。
通过对各种驱动电动机进行比较，选用三相交流异步电动机。主要技术参数为额定功率/峰值功率：20/60kW；额定转速/最高转速：/r·min-1；额定转矩/峰值转矩：53.6/N·m；额定电压:V。
传动系统参数的确定
由所选择电动机的主要技术参数可知，最大转速与基速的比值较大，nmax/nN=/=2.5，属于第1节参数确定原则讨论的第一种情况，即电动机从基频向上调速的范围足够大，变速器只需要选择一个挡位。
电动汽车经常行驶在市区车流密度较大的情况下，行驶速度为30～50km/h左右，故首先考虑去掉传动比小于1的两个挡位（四、五挡）；另一方面，由于电动汽车经常行驶的路面质量较好，很少有起伏不平或较大坡度，故去掉原变速器的爬坡挡（一挡）。
那么接下来的工作就是从二、三挡中确定一个能够满足整车技术要求的挡位，但如果此两个挡位都不能满足要求，则需要重新设计该传动比。
根据电动机转矩可以确定电动汽车的驱动力Ft，然后利用电动机转速与汽车行驶速度之间的关系计算车速va，即可得到各个挡位的驱动力-行驶阻力平衡图。
电动汽车的驱动力Ft为：
电动机转速与汽车行驶速度之间的关系为：
式（3）和（4）中，T为电动机扭矩，N·m；r为车轮滚动半径，m；n为电动机转速，r/min；i0为主减速器传动比。
由式（2）计算电动汽车的功率平衡图，见图4。由式（3）和（4）计算驱动力-行驶阻力平衡图，见图5。
图中Ff+Fw为行驶阻力。由图4可以看出，两曲线的交点所对应的车速略高于km/h。
图5中驱动力曲线与阻力曲线的交点便是理论上的最高车速vamax。按电动机额定功率计算，若保留原五挡变速器的三挡，则最高车速在95～km/h之间，不能满足整车主要技术参数的需要.若保留原五挡变速器的二挡，则最高车速大于km/h，为km/h左右，故把原五挡变速器的二挡速比作为固定速比减速器的传动比，即ig=1.；而主减速器传动比保持不变，即i0=4.。
故将最大车速定为km/h是合适的。
电动汽车性能仿真
传动系统采用固定速比减速器，去掉五挡齿轮变速器，同时对电池箱进行减重设计，使得整车质量减轻了。
为了验证本文提出的电动汽车传动系统参数确定原则的正确性，利用ADVISOR仿真软件对XL型电动汽车的动力性能和续驶里程进行了仿真，仿真结果见表2。
由表1和表2可以看出，XL电动汽车采用固定速比后，最高车速和加速性能与原车相当，最大爬坡度有所减小，但续驶里程却增加了20km以上。这一点对于目前技术条件下的电动汽车来说意义是巨大的。同时也说明本文提出的电动汽车传动系统参数确定原则是正确的，对XL电动汽车的参数设计是合理的。
表2XL型电动汽车的仿真结果
汽车行驶速度为40km/h。
结论
电动汽车动力传动系统参数设计及合理匹配对其性能有很大的影响。由于电动汽车经常行驶在城市较好的路面上，车流密度较大，经常行驶车速在30～50km/h之间，故采用固定速比的传动系是可行的，不仅能减轻整车质量，同时增加续驶里程。
以XL电动汽车的传动系参数匹配计算为例，验证了本文给出的电动汽车传动比与挡位数确定原则的正确性。
本研究采用原五挡变速器的二挡为固定速比，保留主传动比不变，只是一个方案，并不一定最佳。若是全新设计电动汽车，则应根据传动系统总传动比i∑优化分配固定速比ig和主减速器速比i0。