装备cvt的电动汽车传动系统设计
电动汽车电机输出特性对车辆驱动十分有利，但车辆起步和爬坡时需很大的扭矩，而且要保证车辆高速行驶对功率的需求和其较高的动能转化效率，从而电动汽车变速器的选配就十分必要。本文提出了电动汽车装备CVT技术，介绍了无级变速器的发展现状以及工作特性，研究装备无级变速器的电动汽车的电池组参数匹配、电机驱动策略以及无级变速器的控制策略，本文主要对装备CVT电动汽车的动力传动系统进行研究：分析电池组的参数匹配、电动汽车动力性对电机转矩及传动系统的影响规律；研究整车相关参数对电动汽车动力性的灵敏度的影响，匹配得到动力电池容量、研究电机输出功率、转速以及恒功率传动比之间的关系。
关键词 CVT，电动汽车，传动系统，参数设计
目 录
1 前言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题的国内外发展现状 1
1.3 装备CVT的电动汽车的特点 2
2 电动车动力传动系统的布置方案 3
2.1 传统电动汽车动力驱动方式 3
2.2 装备CVT电动汽车的动力传动系统的选择 4
3 动力电池的选择原则 5
3.1 动力电池组参数匹配 5
4 CVT电动汽车动力性对电机转矩及传动系统的影响规律 6
4.1 电机类型的选择 6
4.2 电动汽车动力系统驱动电机参数计算 7
4.3 根据电动汽车最高车速计算动力系统驱动电机的额定功率 7
4.4 根据最大爬坡度计算动力系统驱动电机的最大功率 8
5 金属带式无级变速器（CVT）的控制技术 9
5.1 无级变速器工作原理 9
5.2 无级变速器组成结构 9
5. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3 电动汽车的动力性计算 14
结论与展望 16
致谢 18
参 考 文 献 19
1 前言
1.1 课题研究背景
我国汽车工业在近十几年处于蓬勃发展时期，2009年，在世界汽车市场深受金融危机所波及而陷入低谷之时，但中国汽车产业异军突起，不仅产销量突破千万辆，同时也成为世界第一大汽车销售市场。在随后的2010年和2011年我国汽车工业都表现出产销两旺的势头，牢固确立了汽车生产销售世界第一的市场地位，这一地位估计在未来很长时间内不会改变。随着汽车用户的增加，导致石油消耗量的增加，据统计 2011 年我国原油进口量 2.5亿吨，对外依存度达 55.2%。汽车污染物是城市大气污染的主要原因之一，严重的环境污染不但导增加了经济和环境成本，而且对公众健康也构成危害。降低汽车二氧化碳排放的主要措施之一就是发展新能源汽车。2012年4 月18日国务院常务会议，会议通过了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020 年）》，指出：要以纯电驱动为汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，推广非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车，提升我国汽车产业整体技术水准。争取到 2015 年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量达到50万辆，到2020年超过500万辆；到2015年全国范围内生产的的乘用车平均燃料消耗量降至每百公里6.9升，到2020年降5.0升；我国新能源汽车动力电池及重要零部件技术将达到国际先进水平。
如此，环境污染、全球气候变暖以及急剧递减的油气资源将成为当前世界各国首要解决的问题。但是以现在内燃机的技术来解决这个问题是极其困难的，这需要汽车产业进行革命性变革，以此来应对能源、环境系统所带来的的挑战。因此，开发并使用绿色、节能和环保汽车对缓解当前大气污染和保障能源供给具有重要的战略意义。
1.2 课题的国内外发展现状
1.2.1 CVT发展状况
现阶段能得到实际广泛使用的无级变速传动技术主要有两大类：依赖刚性转动体的摩擦传递力矩的牵引传动式（Traction—Drive）和依靠扰性的带或者链与带轮的摩擦力传递力矩的带传动式（Belt-Drive）。
在牵引式传动中，由于这种形式的无级变速器的接触刚体间需要有比较大的接触压力，因此对转动体工作面的精密度和刚性要求较高，并需要专用的润滑油。同时，由于其可靠性和耐用性的问题还没有被彻底解决，所以在市场上这项技术的应用还不多，仅有日本 NISSAN 公司的 GLORIA 型汽车装备此种 CVT。
1.2.2 国内外电动汽车的发展现状
2013年全世界纯电动汽车产量24.2万辆，相比较2012年增长了45%；其销量为18.6万辆，同比增长55%。美国、日本、法国、中国、荷兰、德国、英国、挪威、加拿大、瑞典销售排名分列前10位，这10个国家共计销售14.5万辆电动汽车，并且占全世界电动汽车销量的78%（见图1），而其中美国电动汽车销量比其他九个国家销售总和还高。在降价和车型更迭变换的鼓励下，2013年美国共销售电动汽车9.6万辆，相比增长了82%，其中纯电动汽车贡献了4.8万辆，是2012年销量的3倍多。
图1：2013年全球纯电动汽车销售情况
比亚迪 F3 纯电动汽车续驶里程达到300km，最高时速 可达150km/h，最大爬坡度不小于30％，0～100km/h 加速时间为 13.5s，百公里耗电量为12度，该车由比亚迪公司自主研发的铁电池组提供电能，最大工作容量为120A.h，额定电压为310V，快速充电到70％仅需 10min，整车由永磁同步电机驱动，额定功率为35 kW，最大功率 75kW，最大转速 6700rpm，最大扭矩 285Nm。
1.3 装备CVT的电动汽车的特点
电动汽车新车型的不断涌现，新能源汽车车型变得多样化，从凯迪拉克等高端品牌到福特、雪佛兰等一般化品牌均有新型车推出，扩大了车主的选择余地，因而可以满足不同层次的客户需求。其特点：
CVT技术真正应用在汽车上只有十几年，但是它相比传统的手动和自动变速器来讲，它的优势却是显而易见的：
(1) 结构简单，零件少，体积小，大批量生产后的成本要比当前普通自动变速器的成本要低得多；
(2) 其工作速比范围广，可以与发动机形成适度的匹配，从而可以降低电动汽车的能耗。
(3) 传动效率较高，功率损失少，经济性高。
目前CVT技术发展得非常迅猛，各大汽车厂家都在进行这一领域的研发，尤其是在电动汽车具有极大的发展前景的将来，CVT的地位和作用更加凸显，它将会是未来变速器的发展方向。
2 电动汽车车动力传动系统的布置方案
电动汽车普遍使用的动力源是比较单一的锂电池，它的能量有限，这就需要采用合理的驱动布局，以使电动机驱动的优势充分发挥。电动汽车电机输出特性对车辆驱动十分有利，但车辆起步和爬坡时需很大的扭矩，而且要保证车辆高速行驶对功率的需求和其较高的动能转化效率，从而电动汽车变速器的选配就十分必要。本文提出了电动汽车装备CVT技术，介绍了无级变速器的发展现状以及工作特性，研究装备无级变速器的电动汽车的电池组参数匹配、电机驱动策略以及无级变速器的控制策略，本文主要对装备CVT电动汽车的动力传动系统进行研究：分析电池组的参数匹配、电动汽车动力性对电机转矩及传动系统的影响规律；研究整车相关参数对电动汽车动力性的灵敏度的影响，匹配得到动力电池容量、研究电机输出功率、转速以及恒功率传动比之间的关系。
结论与展望
1 前言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题的国内外发展现状 1
1.3 装备CVT的电动汽车的特点 2
2 电动车动力传动系统的布置方案 3
2.1 传统电动汽车动力驱动方式 3
2.2 装备CVT电动汽车的动力传动系统的选择 4
3 动力电池的选择原则 5
3.1 动力电池组参数匹配 5
4 CVT电动汽车动力性对电机转矩及传动系统的影响规律 6
4.1 电机类型的选择 6
4.2 电动汽车动力系统驱动电机参数计算 7
4.3 根据电动汽车最高车速计算动力系统驱动电机的额定功率 7
4.4 根据最大爬坡度计算动力系统驱动电机的最大功率 8
5 金属带式无级变速器（CVT）的控制技术 9
5.1 无级变速器工作原理 9
5.2 无级变速器组成结构 9
5. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3 电动汽车的动力性计算 14
结论与展望 16
致谢 18
参 考 文 献 19
1 前言
1.1 课题研究背景
我国汽车工业在近十几年处于蓬勃发展时期，2009年，在世界汽车市场深受金融危机所波及而陷入低谷之时，但中国汽车产业异军突起，不仅产销量突破千万辆，同时也成为世界第一大汽车销售市场。在随后的2010年和2011年我国汽车工业都表现出产销两旺的势头，牢固确立了汽车生产销售世界第一的市场地位，这一地位估计在未来很长时间内不会改变。随着汽车用户的增加，导致石油消耗量的增加，据统计 2011 年我国原油进口量 2.5亿吨，对外依存度达 55.2%。汽车污染物是城市大气污染的主要原因之一，严重的环境污染不但导增加了经济和环境成本，而且对公众健康也构成危害。降低汽车二氧化碳排放的主要措施之一就是发展新能源汽车。2012年4 月18日国务院常务会议，会议通过了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020 年）》，指出：要以纯电驱动为汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，推广非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车，提升我国汽车产业整体技术水准。争取到 2015 年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量达到50万辆，到2020年超过500万辆；到2015年全国范围内生产的的乘用车平均燃料消耗量降至每百公里6.9升，到2020年降5.0升；我国新能源汽车动力电池及重要零部件技术将达到国际先进水平。
如此，环境污染、全球气候变暖以及急剧递减的油气资源将成为当前世界各国首要解决的问题。但是以现在内燃机的技术来解决这个问题是极其困难的，这需要汽车产业进行革命性变革，以此来应对能源、环境系统所带来的的挑战。因此，开发并使用绿色、节能和环保汽车对缓解当前大气污染和保障能源供给具有重要的战略意义。
1.2 课题的国内外发展现状
1.2.1 CVT发展状况
现阶段能得到实际广泛使用的无级变速传动技术主要有两大类：依赖刚性转动体的摩擦传递力矩的牵引传动式（Traction—Drive）和依靠扰性的带或者链与带轮的摩擦力传递力矩的带传动式（Belt-Drive）。
在牵引式传动中，由于这种形式的无级变速器的接触刚体间需要有比较大的接触压力，因此对转动体工作面的精密度和刚性要求较高，并需要专用的润滑油。同时，由于其可靠性和耐用性的问题还没有被彻底解决，所以在市场上这项技术的应用还不多，仅有日本 NISSAN 公司的 GLORIA 型汽车装备此种 CVT。
1.2.2 国内外电动汽车的发展现状
2013年全世界纯电动汽车产量24.2万辆，相比较2012年增长了45%；其销量为18.6万辆，同比增长55%。美国、日本、法国、中国、荷兰、德国、英国、挪威、加拿大、瑞典销售排名分列前10位，这10个国家共计销售14.5万辆电动汽车，并且占全世界电动汽车销量的78%（见图1），而其中美国电动汽车销量比其他九个国家销售总和还高。在降价和车型更迭变换的鼓励下，2013年美国共销售电动汽车9.6万辆，相比增长了82%，其中纯电动汽车贡献了4.8万辆，是2012年销量的3倍多。
图1：2013年全球纯电动汽车销售情况
比亚迪 F3 纯电动汽车续驶里程达到300km，最高时速 可达150km/h，最大爬坡度不小于30％，0～100km/h 加速时间为 13.5s，百公里耗电量为12度，该车由比亚迪公司自主研发的铁电池组提供电能，最大工作容量为120A.h，额定电压为310V，快速充电到70％仅需 10min，整车由永磁同步电机驱动，额定功率为35 kW，最大功率 75kW，最大转速 6700rpm，最大扭矩 285Nm。
1.3 装备CVT的电动汽车的特点
电动汽车新车型的不断涌现，新能源汽车车型变得多样化，从凯迪拉克等高端品牌到福特、雪佛兰等一般化品牌均有新型车推出，扩大了车主的选择余地，因而可以满足不同层次的客户需求。其特点：
CVT技术真正应用在汽车上只有十几年，但是它相比传统的手动和自动变速器来讲，它的优势却是显而易见的：
(1) 结构简单，零件少，体积小，大批量生产后的成本要比当前普通自动变速器的成本要低得多；
(2) 其工作速比范围广，可以与发动机形成适度的匹配，从而可以降低电动汽车的能耗。
(3) 传动效率较高，功率损失少，经济性高。
目前CVT技术发展得非常迅猛，各大汽车厂家都在进行这一领域的研发，尤其是在电动汽车具有极大的发展前景的将来，CVT的地位和作用更加凸显，它将会是未来变速器的发展方向。
2 电动汽车车动力传动系统的布置方案
电动汽车普遍使用的动力源是比较单一的锂电池，它的能量有限，这就需要采用合理的驱动布局，以使电动机驱动的优势充分发挥。电动汽车电机输出特性对车辆驱动十分有利，但车辆起步和爬坡时需很大的扭矩，而且要保证车辆高速行驶对功率的需求和其较高的动能转化效率，从而电动汽车变速器的选配就十分必要。本文提出了电动汽车装备CVT技术，介绍了无级变速器的发展现状以及工作特性，研究装备无级变速器的电动汽车的电池组参数匹配、电机驱动策略以及无级变速器的控制策略，本文主要对装备CVT电动汽车的动力传动系统进行研究：分析电池组的参数匹配、电动汽车动力性对电机转矩及传动系统的影响规律；研究整车相关参数对电动汽车动力性的灵敏度的影响，匹配得到动力电池容量、研究电机输出功率、转速以及恒功率传动比之间的关系。
结论与展望
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