纯电动汽车的电机与变速器匹配
纯电动汽车的电机与变速器匹配
曾 虎 1，2，黄菊花 1
（1. 南昌大学 机电工程学院，江西 南昌 330031；2. 江西机电职业技术学院，江西 南昌 330013）
摘 要：介绍了纯电动汽车电动机选配的方法，探讨了变速器传动比与档位的确定；以某一纯电动汽车为例，阐述了选配确定的过程， 采用两档变速器传动，实现了汽车最高车速和最大爬坡度的要求
关键词：纯电动汽车；传动比；主减速比；基频；匹配
中图分类号：U 462 文献标识码：A 文章编号：1672-545X（2010）02-0040-03
汽车对人类社会的进步产生了巨大推动作用，但也带来
了一系列负面效应，如严重的环境公害，石油供应危机等 节 约能源与开发替代能源，被认为是缓解环境污染 保障能源供
给的有效方法，开发代用燃料和电动汽车，是解决环境问题的 重要手段之一，丰田 prius, yaris 比亚迪 F3DM 等混合动力车 型，均引起了较大市场反响 目前，对电动汽车的研究，主要集
中在能源储存 驱动方式和控制策略方面，而纯电动汽车电机 与变速器的匹配，对电动汽车的动力性 经济性 续航里程也
有显著影响 目前众多在内燃发动机汽车基础上改造的电动 汽车，大都沿用了原有变速器的一个或两个档位来传动，不利
于变速器的专用化 轻量化及市场化 本文是在昌河 IdealⅡ纯 电动汽车的基础上，根据电机扭矩特性提出的传动方案
1 电动机性能参数的确定
变速器传动比；
0 主减速器传动比； 车轮滚动半径（m）
（3）以额定功率 转速确定额定转矩
= 9550 （3） 电机额定转矩 (N m) ；
电机额定功率 (kW)；
电机额定转速（r / min）
（4）以最大爬坡度确定短时工作线低速转矩 max
按式（4）先计算出汽车在最大坡度下需要的汽车驱动力
；再按式（5）计算出产生此驱动力所需要的电机转矩 max
2
= = cos
21.15 + sin （4）
1.1 电动机主要性能参数确定
（1）以最高车速确定电机额定功率
2
汽车驱动力（N）；
汽车行驶阻力（N）； 上坡时汽车速度（km / h）
= 1
3600
21.15 ) max （1）
max =
（5）
电机额定功（kW）；
传动系效率 0.90 0.92； 最大总质量（kg）；
滚动摩擦系数，良好沥青路面 0.010~0.018，一般沥
青与水泥路面 0.018~0.020；
风阻系数，轿车 Cd = 0.30 0.41；
迎风面积（m2），轿车 =1.7 2.1；
max 最高车速（km / h）
（2）以常规车速确定电机额定转速
0
max 电机最大转矩(N m)；
车轮滚动半径（m）； 变速器传动比；
0 主减速器传动比； 传动系效率，0.90~0.92
1.2 选择交流变频电动机的基本原则
（1）电机的额定功率，应满足电动汽车最高车速要求；
（2）电机的短时工作转矩，应能满足汽车最大爬坡度要求；
（3）电动汽车的常规车速，应落在变频电机的基频上；
= 0
0.377
电机额定转速（r/min）；
（2）
（4）电动汽车的最高车速功率平衡点，应落在电动机特性 曲线的等功率段上
收稿日期：2009-11-13
作者简介：曾 虎（1972 ），男，江西宜春人，讲师，在职硕士，研究方向：机电一体化产品与系统；黄菊花（1962 ），女，江西南昌人，教授，博士
（后），博士生导师，主要研究方向：汽车系统动态特性分析与仿真
2 变速器传动比和档位确定原则
采用交流驱动系统需要考虑两个主要的动力 阻力平衡 点：点：其一是常规车速行驶的转矩平衡点；其二是最高车速 下的转矩平衡点
3 IdealⅡ纯电动汽车传动设计
3.1 性能参数（见表 1）
表 1 IdealⅡ纯电动汽车性能参数要求
（1）电机最高转速与最低转速比 max 2.5 此时，电动机 从基频向上调速的范围足够大，选择一个档位即可，这种情况
对电机性能要求较高，很难保证变频器始终在高效率区域工
作 功 率 平 衡 图 如 图 1 所 示 ，图 中 线代表电机功率线，
（ + ）/ 线代表阻力功率线
（2）电机最高转速与最低转速比 max 2.5 此时，电动
参数
max
名称 整车装备质量（kg） 最大总质量（kg） 续航里程（km） 最高车速（km/h） 最大爬坡度（%） 车轮滚动半径（m）
类型及数值
1250
1570
120 (60 km / h)
80
20
0.264
机从基频向上调速范围不够宽，应考虑增加一个档位，功率平 衡图见图 2，注意功率平衡图不能产生缺口（如图 3），否则还 要继续增加档位或重新选择电动机
3.2 各工况阻力，电机转速 功率 转矩计算结果
（1）各工况阻力 （见表 2）
表 2 各工况阻力
（ + ）/
（2）电机的参数要 求（见表 3 表 4，初选变速器传动比
max
图 1 单一传动比的功率平衡
2 = 1.447，主减速器传动比 0 = 4.3）
表 3 各工况对电机参数的要求
（ + ）/
1 2
max
图 2 两级传动比的功率平衡图
表 4 所选电动机主要参数
（ + ）/
参数 额定功率(kW) 电池电压(V) 额定转速（r/min）
数值
10
144
3 000
参数 外形尺寸（mm） 工作转速（r/min） 峰值转矩（N m）
数值
230 279
0 5 600
100
1 2
max
图 3 产生缺口的功率平衡图
由表 3 可见，爬坡时电机转矩不足，因此增加变速器一个
档位，爬坡时采用 1 = 2.2，主减速器传动比不变 0 = 4.3，对应 的电机转速和转矩如表 5
根据以上计算结果，选择的电动主要参数如表 4，特性曲 线如图 4 档位及传动比的选择和电动机的参数匹配相辅相 成，初选方案前面已述，即变速器采用两个档位，一档传动比
1 = 2.2，二档传动比 2 = 1.477，主减速器传动比 0 = 4.3，计算
表明可以达到汽车最高车速和最大爬坡度要求
表 5 爬坡时采用 1 = 2.2，0 = 4.3 时电机参数要求
140
120
26
24
22
20
18
16 4 结束语
14
12
10
图 5 变速器传动方案
8
6
4
2
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
本文采用两档变速器与电动机匹配，传动比大小只是一
个方案，不一定最佳，利用 matlab 软件建立优化目标函数，可 进一步优化传动比参数，得到更好的动力性能
3.3 传动方案设计
转速（rpm)
图 4 电动机特性
图例 转矩：
功率：
参考文献：
[1] 陈清泉，孙逢春，祝嘉光. 现代电动汽车技术[M] . 北京：北京理工大
本变速器采用两档变速，因为倒档可用电机反转实现，故 变速器无需再设置倒档，驱动方式为前轮驱动，在设计主减速 器时要注意传动比 0 不可太大，否则主减速器被动齿轮直径 过大，既影响变速器尺寸，也使汽车离地间隙变小，传动方案 如图 5
学出版社，2002.
[2] 余志生．汽车理论（第 4 版）[M]．北京：机械工业出版社，2006.
[3] 姬芬竹，高 峰，周 荣. 纯电动汽车传动系参数匹配的研究[J]. 汽车 科技，2005，(6)：22-24.
[4] 李 征，周 荣. 电动汽车驱动电机选配方法[J]. 汽车技术，2007，(2)：
16-18.
The M atching ofE V betw een the M otorand the Transm ission
ZENG Hu1，2，HUANG Ju-hua1
（1.College of Mechanical and Electrical Engineering，Nanchang University, Nanchang 330031, China;
2. Jiangxi Vacational College of Mechanical and Electrical Technology，Nanchang 330013,China）
A bstract：Introduced the method about how to select the motor of the EV，dissusing how to design the gear and gear ratio，with a example of EV，demonstrated the course of motor selecting and gears designing, driving with two gears, attained the target of the maximum speed and maximum gradability.
K ey w ords：Electric Vehicle(EV)；gear ratio；main gear reduction ratio；fundamental frequency；matching.
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