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摘 要：面临资源短缺的这个世界性问题，各领域的科技人员不停地在寻找可替代能源的方案，同时电动车利用可再生能源电能为动力，很大程度上解决了内燃机汽车燃烧汽油造成的环境污染与资源短缺问题，同时利用电能为资源的电动车具有较宽广的工作范围，为此将对驱动电机进行针对性、科学化的参数匹配，设计电动车变速器，保证电动车动力上的支出以及能源应用效率更高，设计以电动机高效运行为原则的换挡变速器，并对此进行了试验，整车的能耗降低了百分之六，续驶里程延长了百分之七。
关键词：电动汽车；驱动电机；变速器
前 言
电机的高效率运行是电动车最高车速的保障，同时也是对电能资源的节约。固定速比的电动车一般对电机的利用率比较低，促使电机处于高转矩、大电流的运行状态，不仅浪费电机而且降低行驶里程。为了满足电动车爬坡、高速和加速等等要求，牵引电动机不仅要在恒功率区提供较高运行速度，而且要在恒转矩区提供高瞬时转矩，为了降低电动车对动力电机的要求，更大程度上发挥其优越性，电动汽车应该多档化，尤其是要优化电动汽车的两档变速器的设计。
一、两档变速器设计理论基础
现有常用的电动汽车两档变速器有AMT结构和DCT结构。采用AMT结构时，需要使用同步器，此时换挡冲击较大。而采用DCT结构时，由于变速箱只有两个档位，此时双离合器结构会使成本增加很多。AT自动变速器主要有两种类型，一种为辛普森式行星齿轮变速器，一种为拉维纳式行星齿轮变速器，单排行星齿轮机构运动规律特性方程式如示:n1+an2-(1+a)=0其中: n1为太阳轮转速：n2为齿圈转速；n3为行星架转速：a为齿圈齿数Z2与太阳轮齿数Z1之比即：a=Zz/Z1。
二、设计原理
为使变速器设计更加紧凑，所设计的两挡变速器采用行星齿轮式两挡变速原理，将差速器进行集成设计，取消了传统AT变速器上的液力变矩器和机械油泵，采用一个小型的电动油泵为系统提供液压动力，通过两个高速开关电磁阀分别控低速挡制动器B1和高速挡离合器C1。当B1接合、C1松开时，可以得到一个比较大减速比：当B1松开、C1接合时，则整个行星架输出速比为1：当B1， Cl均分离时，则可以实现空挡运行。
三、电机参数选择
驱动电机作为纯电动汽车动力源，直接决定整车的性能。相对于其他传统电驱动系统，纯电动汽车驱动电机应当有如下特点。
(1)高功率密度、高转矩密度：
(2)低速高转矩和高速恒功率的宽调速范围：
(3)较高的驱动效率、低噪声、低成本：
(4)在恶劣环境下可靠工作：
(5)能频繁起动、停车、加减速，对转矩控制的动态要求比较高。
己知参数:①传动比i=6.5(单级变速器传动比)，机械传动效率?=0.95，驱动轮半径r =0.283m。②滚动阻力系数f=0.014。③空气阻力系数GD =0.32。④车辆迎风面积A=1.91。⑤整车质量为1500kg。⑥设定爬坡速度25km/h，爬坡度25%，角度十四度。⑦设定高速匀速行驶的速度为110km/h。通过计算，车辆爬坡时电机的峰值输出功率能达到30kW，峰值转矩能达到176N·m即可。
电机爬坡时效率按75%计算。需要的电机输入功率为P/0.75。车辆以最高速行驶时电机输出的功率为15kW，转矩为24N·m，转速为6000r/min，以上参数为无风理想状况下的计算参数。
根据无刷直流电机的过载特性和加速要求特性，要预留有部分后备功率，选额定输出功率为25kW的无刷直流电机，可满足高速情况下的功率输出，爬坡时电机过载到38kW的峰值功率，因此，选用额定功率25kW。峰值功率38kW。最高转速6000r/min，峰值转矩180N·m电机。
四、两档变速器传动速比设计
一档在常用低速段电机要好效率的运行以及要满足汽车爬坡功能的要求，二档在满足常用高速运行段时电机要保持在高效运行区，尽量降低此时的能源浪费，这是两档变速器速比选择的基本条件。档位切换过程中的平顺性控制问题也是速比选择过程中的不容忽视的重要一环，过小的2档速比以及过大的1档速比可能造成输出总功率不平衡，影响平顺性。
五、换挡设计
为了在换挡过程中保持变速器的输出转矩平顺变化，必须精确控制驱动电机的转矩和离合器的滑摩。控制策略包括在转矩相应用线性前馈控制器控制驱动电机和离合器，而在惯性相应用PID控制器控制驱动电机，使离介器卞从动盘的角速度差跟随期望的曲线。根据转矩相和惯性相传动系的动力平衡方程和保持变速器的输出转矩平顺变化，以及无动力中断的击求，推导出转矩相和惯性相时变速器输出转矩的公式，从而确定了转矩相和惯性相的控制策略。
采用二参数换档规律，以车速和油门开度为换挡参数。采用与传统汽车自动变速换挡规律获取相同的方法，” 当汽车挂1挡运行在某一油门开度下时，取该油门开度两挡效率曲线的交点对应的车速为升挡车速，如果没有交点则取1挡效率曲线的末端车速为升挡车速；当汽车在2挡运行时，为了防止循环换挡，降挡车速则是在升挡车速的基础上进行一定的换挡延迟。
通过试验验证，带二档变速功能电动汽车与传统电动的汽车相比最高车速及最大爬坡度都有了明显的提高。最高车速提高了22.56km/h，而在经济性上，采用两档变速器使整车的能耗降低了百分之六，续驶里程延长了百分之七。采用两档变速器，可以使电机更多地工作在高效区，其原因是采用两档变速器时，电机的工作转矩比采用固定档减速器小得多，这样就减小了电机的工作电流，降低了电机的烧组损耗，提高了电机的工作效率。
总结：在电动车的构造上来看，电机的运行效率尤为重要，而两档变速器的设计是保证电机运行效率的重大因素， 两档变速器的传动速比和换挡策略的相互结合会大幅度提高电动车电机的效率，从而达到高运行、长里程、低损耗、低浪费等诸多优点。通过试验也证明了电动车两档变速器的性能指标得到优化，达到预期目标。同时也坚信在未来的发展中会出现更为优化的设计方案，更高效地利用能源，从而也达到了节约资源、保护环境。
自动挡的前世今生
作者：聚玩车
还记得小时老爸买车，喜欢车的我各种帮忙查资料，那时候发现了一个小规律:同种型号配置，自动挡AT版本要比MT贵一万左右，而且基本各大车型都有手动版本。现如今，自动挡已不在是什么新鲜玩意儿，大众等等老牌外资车企好多车型也不在提供手动版本。当年漫天遍野的牛逼四速变速箱现在都成了未能饭的角色了。那么，我们就来探讨下自动挡的历史吧。
自动变速箱最最原始的苗头，起源于1928年，当年的手动变速箱换挡太过麻烦，在多次踩离合器的同时要兼顾换挡，因此需要驾驶技术极其熟练的驾驶者才能做到。为了解决这个问题，当时有的厂商就研制出了带预选器的手动变速箱。但是预选归预选，离合还是要踩的，还是很麻烦。作为当时的世界级科技大厂，凯迪拉克自然不甘落后，其工程师Earl A. Thompson设计出了带同步器的手动变速箱。发明了当时算是先进的变速箱，但仍不能满足北美人对于自动换挡的期待，显然Thompson并不满足，于是就干脆组了个团队，专门研究自动变速箱。1932年开始，这个由三大技术宅Ernest Seahoim、Ed Core 、Owen Nacker 、Oliver Kelley组成的团队就开始专心攻坚。这里要插一句，其实最开始研制出的并不是他们的团队，实际1924年英国Vulcan汽车公司就设计出了第一台自动变速箱，虽然.....它只有两个档，但当时确实能实现自动换挡，而且当时人家用的就是现在普遍使用的液力变矩器.....要不说高手在民间，所谓最先发明自动变速箱的通用，不过是最先量产了而已。从这个角度讲，眼光确实很重要。转回正题，Thompson的团队在两年后也就是1934年终于成功，研制出了当时的安全变速箱（AST），实际是半自动变速箱，驾驶者还是需要先自己踩离合挂相当于如今的D档，后面换挡过程就是自动的了。
Earl A. Thompson研制的安全变速箱（AST）
这种变速箱依然是实验性变速箱，真正量产的变速箱是通用22年之后研制出的4速Hydra-Matic变速箱，当然，通用没有放在凯迪拉克上用，而是保守地先放在了旗下奥兹莫比尔轿车上试水，试水的直接结果就是奥兹莫比尔大卖，销量完虐凯迪拉克。这款变速箱后来还参加了第二次世界大战，用于M5、M24坦克，证明了它的可靠性。
M5坦克
1945年后，美国从战争阴霾中走出来，验证了这种变速箱极其靠谱的质量，通用就开始放心大胆大量生产这种变速箱，全面装配在自己旗下的轿车中，1949年当我们沉浸在新中国成立的喜悦中时，通用的领导们也端着香槟搂着妞儿，庆祝自己年产100万辆自动挡汽车，唉，国产车到现在起不来，给外国人牵着鼻子走，也是没办法的事情，毕竟发展差这么多年啊。与此同时其它汽车公司也大量购买或引进Hydra-Matic变速箱生产许可者证，威利斯、凯泽尔、纳什、林肯，包括英国的劳斯莱斯。从此，自动变速箱开始了大规模的普及。
通用的HYDRA-MATIC变速箱广告及科普
如今，虽然自动变速箱档位不断增多，各种新技术也如雨后春笋，但其根本原理基础（行星齿轮结构、液力变矩器等）依然没有根本上的变化，还是这种原理为基础。
现今自动变速箱发展新趋势：
1.双离合自动变速箱：有两套离合器系统，档位按单双档分开，在某个档位结合时，下一档位提前结合，以缩减换挡时间。说白了就是德国佬用来缩短提速时间的神器，来到中国由于换挡冲击相对小所以被传得神乎其神，其实现在的先进自动变速箱已经可以达到跟双离合一样甚至更小的换挡间隙了。还有离合器过热问题，中国的路况嘛......好吧，除了湿式双离合，我不愿意接受目前其他形式的双离合。但是，重要的来了，如果能够很好的解决水土不服问题，随着技术的发展，这绝对是一个非常非常有潜力的变速箱结构。
2.cvt无级变速箱：严格来说并不是传统的自动变速箱类别，但是应用越来越广泛。由荷兰人Van Doorne发明，它脑洞大开的结构让它天生平顺的没朋友，但是阴盛阳就衰啊，损失扭矩不耐磨等等缺点，让它早期也是受到了不少限制。好在技术宅推动世界，这样的问题正在逐步得到解决，所以，它应该是最符合目前汽车界大局发展理念的车型，省油没冲击，未来可能会成为主流变速箱结构。
3.AT变速箱：比如奔驰的9速变速箱，平顺性及经济性都相当好。是最近的也是最成熟的发展方向。未来在其他技术成熟后，可能被取代。
4.AMT:俗称半自动变速箱，是以手动变速箱为基础，用电脑代替人工换挡的一种变速箱结构。区别于自动变速箱，其主要结构其实还是一台手动变速箱，仅仅是踩离合器的过程及换挡过程由电脑及机械结构来代替执行。由于其手动变速箱结构，电脑并不能很好的感知人的意图，不能很好的配合车速进行换挡操作，同时缺少液力变矩器，使得换挡顿挫大，有时甚至会出现短暂的动力中断。但是由于其成本低廉，且换挡间隙极短，因此深受车界的两个极端:便宜为主打的微型车及性能至上的超级跑车，以及F1赛车的欢迎。结构上的先天缺陷使其注定无法成为市场主流变速箱结构。
5.汽车界的苹果--特斯拉，采用的...没变速箱的结构...所以说，电动机方面，尤其是直流电机，本身就是最完美的变速器，因此，电力汽车也是未来一大趋势
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