纯电动汽车传动系参数匹配的研究
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贯穿在设计、试制、试验、小批量试生产、正式生产等 各环节进行。对分析与验证中发现的超出接受范围 的问题， 必须采取改进措施， 降低或消除潜在故障发 生几率， 以此提高系统的可靠性。
Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＦＭＥＡ ｔｏ ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔ ｄｅｓｉｇｎ
ＸＩＥ Ｘｉａｏ－ ｈｕ， ＧＵＯ Ｈｕ， ＤＵ Ｚｈｏｎｇ－ ｒｅｎ （ ＣＶ Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ＤＦＬ， Ｓｈｉｙａｎ ４４２００１， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： ＦＭＥＡ（ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍｏｄｅ ａｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ） ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
此， 具有这些特性的纯电动汽车又成为各国研究的 速器） 的基础上， 考虑到电动机低速恒扭矩和高速恒
热点， 它是解决能源危机和环境污染的重要途径， 是 功率的特性， 同时为了减小传动系统的质量， 提高传
２１世纪重要的新型绿色环保交通工具。近年来， 关于 动效率， 从而提出采用固定速比的传动方案。
纯电动汽车的研究主要集中在能量存储系统 （ 如动
Ｐ ｉｇ＝ １ Ａ
（ Ｐｆ＋ ＰＷ） ／ !Ｔ Ｐｅ Ｂ
０ ｕＮ
Ｐ Ａ
ｉｇ＞ １
ｕｍａｘ ｕａ （ ａ）
（ Ｐｆ＋ ＰＷ） ／ !Ｔ Ｂ Ｐｅ
ｉｇ＝ １
０ ｕＮ ｕｇ ｕｍａｘ ｕａ （ ｂ）
Ｐ （ Ｐｆ＋ ＰＷ） ／ !Ｔ
Ａ ＣＥ Ｂ
Ｐｅ
ｉｇ＞ １ Ｄ
ｉｇ＝ １
０ ｕＮ
ｕｍａｘ ｕａ
（ ｃ）
图１ 电动汽车功率平衡图
经常行驶在市区车流密度较大的情况下， 故四挡和
五挡（ 传动比小于１） 去掉不要；此外， 电动汽车经常
行驶的路面质量较好， 很少起伏不平或较大的坡
度， 我们决定不要一挡， 那么剩下来的工作便是在
二挡和三挡之间确定一个所需的挡位， 或者进行重
新设计。
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 ｕａ， 即可得到各个挡位的Ｆｔ－ ｕａ 曲线［３］。 电动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为：
参考文献： ［ １］ ＧＪＢ１３９１－ ９２， 故障模式、影响及危害性分析程序［ Ｓ］ ． ［ ２］ Ｄ Ｈ Ｓｔａｍａｔｉｓ． 故障模式影响分析ＦＭＥＡ从理论到实践［ Ｍ］ ．
ｏｆ ＦＭＥＡ ｔｏ ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｉｔｅｍｓ ｔｈａｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐａｉｄ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ＦＭＥＡ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ＦＭＥＡ； ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ； ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔ； ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
力电池）、电驱动系统和控制策略的开发研究方面， １ 电动汽车的传动比与挡位确定原则
然而， 在动力电池和其他技术取得有效突破之前， 对
动力传动系部件的设计参数进行研究是提高电动汽 车 性 能 的 重 要 手 段 之 一 ［ １］ 。 纯 电 动 汽 车 动 力 传 动 系 部件的设计参数， 如电动机功率和转矩、传动系传动 比以及它们之间的合理匹配等， 对电动汽车的动力 性、经济性、续驶里程等都有显著的影响。如果这些 参数选择或匹配不当， 有可能使得电动汽车的最高
方法和过程， 其目的是运用ＦＭＥＡ提高悬置系统的 可靠性设计水平。该方法已在实际的汽车发动机悬 置系统设计中应用， 显著提高某新型发动机悬置系
陈晓彤， 姚绍华 译． 北京： 国防工业出版社， ２００５． ［ ３］ 徐兀． 汽车发动机现代设计［ Ｍ］ ． 北京： 人民交通出版社，
１９９５．
统的设计水平并取得良好的样车可靠性试验效果。 ＦＭＥＡ工 作 可 以 在 系 统 方 案 布 置 阶 段 就 开 始 ，
（ ２） 电动机从基频向上调速的范围不够宽。此时 电动机最高转速不能满足ｎｍａｘ／ｎＮ≥２．５， 应考虑再增 加一个挡位， 如图１（ ｂ） 所示。与前一种情况不同的是 要根据ｉ∑＝ｉ０ ｉｇ， 再合理分配主传动比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， 如图１
设 计·研 究
（ １） 电动机从基频向上调速的范围足够大。电动 机最高转速能满足ｎｍａｘ／ｎＮ≥２．５， 则选择一个挡位即 可， 这是一种理想情况， 其功率平衡图如图１（ 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， 若变速器传动比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。
·２２·
纯电动汽车传动系参数匹配的研究 ／ 姬芬竹， 高 峰， 周 荣
个挡位时， 其驱动力图与内燃机汽车相比也有其特 殊性， 所以在选择挡位和速比、确定最高车速时也与 内燃机汽车不同。
采用交流驱动系统时， 需要考虑两个主要的动 力与阻力平衡点： 一个是以常规行驶车速等速平地 行驶的转矩平衡点； 一个是最高车速时的转矩平衡 点。它们对电动汽车的传动系挡位数的选择产生重 要影响［３］。理论上， 应使电动汽车的常规车速落在基 频上， 以直接挡获得最高车速， 功率平衡点在等功率 段上［２］。电动汽车功率平衡图如图１所示， 下面对可 能出现的几种情况进行分析。
性的一个指标， 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在平
坦良好路面上车辆以最高车速行驶时阻力功率之
和， 即
Ｐｅ＝
１ !Ｔ
（
ｍｇｆ ３ ６００
ｕａｍａｘ＋
ＣＤＡ ７６１４０
ｕ３ａｍａｘ）
（ １）
式 中 ， Ｐｅ为 电 动 机 额 定 功 率 ； ｍ为 整 车 总 质 量 ； ｇ为 重 力 加 速
ＸＬ２０００ 纯电动汽车 （ 固定速比）
总 质 量／ｋｇ
１ ６１５
≤１ ６１５（ 估算电机功 率时用）
整 车 整 备 质 量／ｋｇ
１ ３１５
≤１ ３１５（ 估算电机功 率时用）
传动比
１～５ 挡传动： ３．１８１／１．８４２／ １．２５０／０．８６４／０．７０７； 主减速比： ４．２６６
ｉ＝１．８４２ 主减速比： ４．２６６
设 计·研 究
汽车科技第 ６ 期 ２００５ 年 １１ 月
纯电动汽车传动系参数匹配的研究
姬芬竹１， 高 峰１， 周 荣２
（ １．北京航空航天大学 汽车工程系， 北京 １０００８３； ２．天津清源电动车辆有限公司， 天津 ３００１６２ ）
摘要： 分析了纯电动汽车传动系参数的选择对电动汽车性能的影响， 指出电动机额定功率／转矩必须与传动系参数
ｕａ＝０．３７７
ｒｎ ｉｇｉ０
（ ２）
电动汽车的驱动力Ｆｔ为：
Ｆｔ＝
Ｔｄｉｇｉ０!Ｔ ｒ
（ ３）
由以上公式可计算得到电动汽车的功率平衡
图， 见图３； 驱动力—行驶阻力平衡图， 如图４所示。
由图３可以看出， 两曲线的交点所对应的转速略高
于１２０ ｋｍ／ｈ ， 这是因为绘图时没有考虑传动 效 率 。
图４中 驱 动 力 曲 线 与 （ Ｆｆ＋ＦＷ） 阻 力 曲 线 的 交 点 便 是 理论上的最高车速ｕａｍａｘ 。按额定电机功率计算， 若 保 留 原 五 挡 变 速 器 的 三 挡 ， 则 最 高 车 速 在９５～１００
（ 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， 可以 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。也可以考虑增加一个挡位， 传动比的设计 计算方法同前。
（ ４） 如果出现第三种情况， 应考虑重新选择电动 机的参数。
２ ＸＬ２０００纯电动汽车传动系参数确定
等速≥２００； 工况≥１５０ 等速≥２３０； 工况≥１５０
１．９５５
１．９５５
空气阻力系数
０．２９
０．２９
车轮的滚动半径／ｍ
０．２８３
０．２８３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
利用表１的有关技术参数， 由公式（ １） 计算所需 电动机的额定功率为：
·２３·
设 计·研 究
汽车科技第 ６ 期 ２００５ 年 １１ 月
Ｐｅ＝１９!６ ｋＷ
文献标识码： Ａ
文章编号： １００５－ ２５５０（ ２００５） ０６－ ００２２－ ０４
!２０世纪末， 石油资源危机和汽车尾气排放成为 车速不在最高挡上［２］。
以内燃机为动力的汽车所面临的两大技术问题， 汽
本 文 的 研 究 背 景 是 在 国 家 ８６３ 项 目 第 一 轮 样 车
车界势必要寻求低排放、综合利用能源的车辆。因 即ＸＬ２０００纯电动汽车（ 保留了原夏利２０００的五挡变
计算时取固定速比的传动效率ηＴ＝０．９５， 滚动阻 力系数 ｆ＝０．０１５， 空气阻力系数ＣＤ ＝０．２９［３］。
综合考虑各种因素， 初步选定电机参数为： 额定 功率 ／峰值功率： ２０ ｋＷ ／６０ ｋＷ； 额 定 转 速 ／最 高 转 速 ： ３ ６００ ｒ·ｍｉｎ－１／９ ０００ ｒ·ｍｉｎ－１； 额 定 转 矩 ／峰 值 转 矩： ５３．６ Ｎｍ ／１５０ Ｎｍ； 额定电压： １８０ Ｖ 。电机机械 特性见图２。
最大爬坡度和最高车速。而汽车的加速过程和起步 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 械特性是低速等转矩和高速等功率， 且传动系有多
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
相匹配， 对电动汽车传动系传动比与挡位数的确定原则进行了探讨。以某一型号纯电动汽车为研究对象， 分析了采
用手动五挡变速器时两个挡位的驱动力图， 提出去掉机械齿轮变速器而代之以固定速比的传动系是行之有效的， 理
论上可以提高传动系效率， 减小能量消耗。
关键词： 纯电动汽车； 传动系； 固定速比； 匹配
中图分类号： Ｕ４６３．２１２
２．１ 电动机额定功率的确定 正确选择电动机的额定功率十分重要。如果选
得过小， 则电动机经常在过载状态下运行； 相反， 如
果选得太大， 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， 而且需增加动力电池
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 ［ ３］ 。 最 高 车 速 虽 然 只 是 汽 车 动 力
度 ； ｆ为滚动阻力系 数 ； ｕａｍａｘ为 最 高 车 速 ； ＣＤ 为 空 气 阻 力 系 数 ；
Ａ 为车辆迎风面积 ； ηＴ为传动系效率。
ＸＬ２０００纯 电 动 汽 车 （ 含 五 挡 变 速 器 ） 的 主 要 参
数见表１。
表１ 整车主要技术参数表
车型
ＸＬ２０００ 纯电动汽车 （ 五挡变速器）
５４
９３
８３
２２
８０
转矩 Ｔ／ Ｎｍ !／％
３ ６００
９ ０００
转速 ｎ／ ｒ·ｍｉｎ－ １
（ ａ） 转矩特性曲线
３ ６００
９ ０００
转速 ｎ／ ｒ·ｍｉｎ－ １
（ ｂ） 效率曲线
图２ 电机机械特性曲线
２．２ 传动系参数的确定
由电机特性图可知， ｎｍａｘ／ｎＮ ＝２．５， 属于以上讨论 的第一种情况， 选择一个挡位即可。由于电动汽车
电动汽车的动力性评价指标与传统内燃机汽车 相同， 即汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度。 然而， 由于电动机机械特性与传统汽车用内燃机特 性有很大的不同， 即电动机的最大功率与额定功率 可差３倍甚至更高， 而最大功率工况不能长时间运 行， 因此必须用电动机的额定工况计算电动汽车的
收稿日期： ２００５－ ０６－ ２４ 基 金 项 目 ： 国 家 ８６３ 计 划“ 十 五 ”重 大 专 项 电 动 汽 车 项 目 （ ２００３Ａ Ａ ５０１０６００） 作者简介： 姬芬竹（ １９６３－ ） ， 女， 河南人， 博士研究生， 副教 授 ， 主 要 从 事电动汽车传动系统的研究。
最 大 车 速／ｋｍ·ｈ－ １
≥１２０
≥１２０
加 速 性 能／ｓ
０－ ５０ ｋｍ／ｈ 的加速时间与 ０－ ５０ ｋｍ／ｈ 的加速时间： 原车相当； ５０－ ８０ ｋｍ／ｈ 的 １０； ５０－ ８０ ｋｍ／ｈ 的 加 速 加速时间与原车相当 时间： １５
最 大 爬 坡 度／％
＞２０
＞２０
续 驶 里 程／ｋｍ 迎 风 面 积／ｍ２
Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＦＭＥＡ ｔｏ ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔ ｄｅｓｉｇｎ
ＸＩＥ Ｘｉａｏ－ ｈｕ， ＧＵＯ Ｈｕ， ＤＵ Ｚｈｏｎｇ－ ｒｅｎ （ ＣＶ Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ＤＦＬ， Ｓｈｉｙａｎ ４４２００１， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： ＦＭＥＡ（ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍｏｄｅ ａｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ） ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
此， 具有这些特性的纯电动汽车又成为各国研究的 速器） 的基础上， 考虑到电动机低速恒扭矩和高速恒
热点， 它是解决能源危机和环境污染的重要途径， 是 功率的特性， 同时为了减小传动系统的质量， 提高传
２１世纪重要的新型绿色环保交通工具。近年来， 关于 动效率， 从而提出采用固定速比的传动方案。
纯电动汽车的研究主要集中在能量存储系统 （ 如动
Ｐ ｉｇ＝ １ Ａ
（ Ｐｆ＋ ＰＷ） ／ !Ｔ Ｐｅ Ｂ
０ ｕＮ
Ｐ Ａ
ｉｇ＞ １
ｕｍａｘ ｕａ （ ａ）
（ Ｐｆ＋ ＰＷ） ／ !Ｔ Ｂ Ｐｅ
ｉｇ＝ １
０ ｕＮ ｕｇ ｕｍａｘ ｕａ （ ｂ）
Ｐ （ Ｐｆ＋ ＰＷ） ／ !Ｔ
Ａ ＣＥ Ｂ
Ｐｅ
ｉｇ＞ １ Ｄ
ｉｇ＝ １
０ ｕＮ
ｕｍａｘ ｕａ
（ ｃ）
图１ 电动汽车功率平衡图
经常行驶在市区车流密度较大的情况下， 故四挡和
五挡（ 传动比小于１） 去掉不要；此外， 电动汽车经常
行驶的路面质量较好， 很少起伏不平或较大的坡
度， 我们决定不要一挡， 那么剩下来的工作便是在
二挡和三挡之间确定一个所需的挡位， 或者进行重
新设计。
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 ｕａ， 即可得到各个挡位的Ｆｔ－ ｕａ 曲线［３］。 电动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为：
参考文献： ［ １］ ＧＪＢ１３９１－ ９２， 故障模式、影响及危害性分析程序［ Ｓ］ ． ［ ２］ Ｄ Ｈ Ｓｔａｍａｔｉｓ． 故障模式影响分析ＦＭＥＡ从理论到实践［ Ｍ］ ．
ｏｆ ＦＭＥＡ ｔｏ ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｉｔｅｍｓ ｔｈａｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐａｉｄ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ＦＭＥＡ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ＦＭＥＡ； ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ； ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔ； ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
力电池）、电驱动系统和控制策略的开发研究方面， １ 电动汽车的传动比与挡位确定原则
然而， 在动力电池和其他技术取得有效突破之前， 对
动力传动系部件的设计参数进行研究是提高电动汽 车 性 能 的 重 要 手 段 之 一 ［ １］ 。 纯 电 动 汽 车 动 力 传 动 系 部件的设计参数， 如电动机功率和转矩、传动系传动 比以及它们之间的合理匹配等， 对电动汽车的动力 性、经济性、续驶里程等都有显著的影响。如果这些 参数选择或匹配不当， 有可能使得电动汽车的最高
方法和过程， 其目的是运用ＦＭＥＡ提高悬置系统的 可靠性设计水平。该方法已在实际的汽车发动机悬 置系统设计中应用， 显著提高某新型发动机悬置系
陈晓彤， 姚绍华 译． 北京： 国防工业出版社， ２００５． ［ ３］ 徐兀． 汽车发动机现代设计［ Ｍ］ ． 北京： 人民交通出版社，
１９９５．
统的设计水平并取得良好的样车可靠性试验效果。 ＦＭＥＡ工 作 可 以 在 系 统 方 案 布 置 阶 段 就 开 始 ，
（ ２） 电动机从基频向上调速的范围不够宽。此时 电动机最高转速不能满足ｎｍａｘ／ｎＮ≥２．５， 应考虑再增 加一个挡位， 如图１（ ｂ） 所示。与前一种情况不同的是 要根据ｉ∑＝ｉ０ ｉｇ， 再合理分配主传动比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， 如图１
设 计·研 究
（ １） 电动机从基频向上调速的范围足够大。电动 机最高转速能满足ｎｍａｘ／ｎＮ≥２．５， 则选择一个挡位即 可， 这是一种理想情况， 其功率平衡图如图１（ 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， 若变速器传动比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。
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纯电动汽车传动系参数匹配的研究 ／ 姬芬竹， 高 峰， 周 荣
个挡位时， 其驱动力图与内燃机汽车相比也有其特 殊性， 所以在选择挡位和速比、确定最高车速时也与 内燃机汽车不同。
采用交流驱动系统时， 需要考虑两个主要的动 力与阻力平衡点： 一个是以常规行驶车速等速平地 行驶的转矩平衡点； 一个是最高车速时的转矩平衡 点。它们对电动汽车的传动系挡位数的选择产生重 要影响［３］。理论上， 应使电动汽车的常规车速落在基 频上， 以直接挡获得最高车速， 功率平衡点在等功率 段上［２］。电动汽车功率平衡图如图１所示， 下面对可 能出现的几种情况进行分析。
性的一个指标， 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在平
坦良好路面上车辆以最高车速行驶时阻力功率之
和， 即
Ｐｅ＝
１ !Ｔ
（
ｍｇｆ ３ ６００
ｕａｍａｘ＋
ＣＤＡ ７６１４０
ｕ３ａｍａｘ）
（ １）
式 中 ， Ｐｅ为 电 动 机 额 定 功 率 ； ｍ为 整 车 总 质 量 ； ｇ为 重 力 加 速
ＸＬ２０００ 纯电动汽车 （ 固定速比）
总 质 量／ｋｇ
１ ６１５
≤１ ６１５（ 估算电机功 率时用）
整 车 整 备 质 量／ｋｇ
１ ３１５
≤１ ３１５（ 估算电机功 率时用）
传动比
１～５ 挡传动： ３．１８１／１．８４２／ １．２５０／０．８６４／０．７０７； 主减速比： ４．２６６
ｉ＝１．８４２ 主减速比： ４．２６６
设 计·研 究
汽车科技第 ６ 期 ２００５ 年 １１ 月
纯电动汽车传动系参数匹配的研究
姬芬竹１， 高 峰１， 周 荣２
（ １．北京航空航天大学 汽车工程系， 北京 １０００８３； ２．天津清源电动车辆有限公司， 天津 ３００１６２ ）
摘要： 分析了纯电动汽车传动系参数的选择对电动汽车性能的影响， 指出电动机额定功率／转矩必须与传动系参数
ｕａ＝０．３７７
ｒｎ ｉｇｉ０
（ ２）
电动汽车的驱动力Ｆｔ为：
Ｆｔ＝
Ｔｄｉｇｉ０!Ｔ ｒ
（ ３）
由以上公式可计算得到电动汽车的功率平衡
图， 见图３； 驱动力—行驶阻力平衡图， 如图４所示。
由图３可以看出， 两曲线的交点所对应的转速略高
于１２０ ｋｍ／ｈ ， 这是因为绘图时没有考虑传动 效 率 。
图４中 驱 动 力 曲 线 与 （ Ｆｆ＋ＦＷ） 阻 力 曲 线 的 交 点 便 是 理论上的最高车速ｕａｍａｘ 。按额定电机功率计算， 若 保 留 原 五 挡 变 速 器 的 三 挡 ， 则 最 高 车 速 在９５～１００
（ 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， 可以 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。也可以考虑增加一个挡位， 传动比的设计 计算方法同前。
（ ４） 如果出现第三种情况， 应考虑重新选择电动 机的参数。
２ ＸＬ２０００纯电动汽车传动系参数确定
等速≥２００； 工况≥１５０ 等速≥２３０； 工况≥１５０
１．９５５
１．９５５
空气阻力系数
０．２９
０．２９
车轮的滚动半径／ｍ
０．２８３
０．２８３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
利用表１的有关技术参数， 由公式（ １） 计算所需 电动机的额定功率为：
·２３·
设 计·研 究
汽车科技第 ６ 期 ２００５ 年 １１ 月
Ｐｅ＝１９!６ ｋＷ
文献标识码： Ａ
文章编号： １００５－ ２５５０（ ２００５） ０６－ ００２２－ ０４
!２０世纪末， 石油资源危机和汽车尾气排放成为 车速不在最高挡上［２］。
以内燃机为动力的汽车所面临的两大技术问题， 汽
本 文 的 研 究 背 景 是 在 国 家 ８６３ 项 目 第 一 轮 样 车
车界势必要寻求低排放、综合利用能源的车辆。因 即ＸＬ２０００纯电动汽车（ 保留了原夏利２０００的五挡变
计算时取固定速比的传动效率ηＴ＝０．９５， 滚动阻 力系数 ｆ＝０．０１５， 空气阻力系数ＣＤ ＝０．２９［３］。
综合考虑各种因素， 初步选定电机参数为： 额定 功率 ／峰值功率： ２０ ｋＷ ／６０ ｋＷ； 额 定 转 速 ／最 高 转 速 ： ３ ６００ ｒ·ｍｉｎ－１／９ ０００ ｒ·ｍｉｎ－１； 额 定 转 矩 ／峰 值 转 矩： ５３．６ Ｎｍ ／１５０ Ｎｍ； 额定电压： １８０ Ｖ 。电机机械 特性见图２。
最大爬坡度和最高车速。而汽车的加速过程和起步 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 械特性是低速等转矩和高速等功率， 且传动系有多
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
相匹配， 对电动汽车传动系传动比与挡位数的确定原则进行了探讨。以某一型号纯电动汽车为研究对象， 分析了采
用手动五挡变速器时两个挡位的驱动力图， 提出去掉机械齿轮变速器而代之以固定速比的传动系是行之有效的， 理
论上可以提高传动系效率， 减小能量消耗。
关键词： 纯电动汽车； 传动系； 固定速比； 匹配
中图分类号： Ｕ４６３．２１２
２．１ 电动机额定功率的确定 正确选择电动机的额定功率十分重要。如果选
得过小， 则电动机经常在过载状态下运行； 相反， 如
果选得太大， 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， 而且需增加动力电池
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 ［ ３］ 。 最 高 车 速 虽 然 只 是 汽 车 动 力
度 ； ｆ为滚动阻力系 数 ； ｕａｍａｘ为 最 高 车 速 ； ＣＤ 为 空 气 阻 力 系 数 ；
Ａ 为车辆迎风面积 ； ηＴ为传动系效率。
ＸＬ２０００纯 电 动 汽 车 （ 含 五 挡 变 速 器 ） 的 主 要 参
数见表１。
表１ 整车主要技术参数表
车型
ＸＬ２０００ 纯电动汽车 （ 五挡变速器）
５４
９３
８３
２２
８０
转矩 Ｔ／ Ｎｍ !／％
３ ６００
９ ０００
转速 ｎ／ ｒ·ｍｉｎ－ １
（ ａ） 转矩特性曲线
３ ６００
９ ０００
转速 ｎ／ ｒ·ｍｉｎ－ １
（ ｂ） 效率曲线
图２ 电机机械特性曲线
２．２ 传动系参数的确定
由电机特性图可知， ｎｍａｘ／ｎＮ ＝２．５， 属于以上讨论 的第一种情况， 选择一个挡位即可。由于电动汽车
电动汽车的动力性评价指标与传统内燃机汽车 相同， 即汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度。 然而， 由于电动机机械特性与传统汽车用内燃机特 性有很大的不同， 即电动机的最大功率与额定功率 可差３倍甚至更高， 而最大功率工况不能长时间运 行， 因此必须用电动机的额定工况计算电动汽车的
收稿日期： ２００５－ ０６－ ２４ 基 金 项 目 ： 国 家 ８６３ 计 划“ 十 五 ”重 大 专 项 电 动 汽 车 项 目 （ ２００３Ａ Ａ ５０１０６００） 作者简介： 姬芬竹（ １９６３－ ） ， 女， 河南人， 博士研究生， 副教 授 ， 主 要 从 事电动汽车传动系统的研究。
最 大 车 速／ｋｍ·ｈ－ １
≥１２０
≥１２０
加 速 性 能／ｓ
０－ ５０ ｋｍ／ｈ 的加速时间与 ０－ ５０ ｋｍ／ｈ 的加速时间： 原车相当； ５０－ ８０ ｋｍ／ｈ 的 １０； ５０－ ８０ ｋｍ／ｈ 的 加 速 加速时间与原车相当 时间： １５
最 大 爬 坡 度／％
＞２０
＞２０
续 驶 里 程／ｋｍ 迎 风 面 积／ｍ２