电动汽车离合系统的设计与分析方案说明书.doc

毕业设计说明书题 目： 电动汽车离合系统的设计与分析 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘 要 作为当前最具可行性的环保节能型汽车，电动汽车成为汽车行业研究的热点，其传动系统作为关键的组成部分也受到各大汽车厂家和研究机构的重视。自动变速功能的实现可以改善车辆的乘坐舒适性和通过性，并减轻驾驶员的疲劳强度，因此自动变速系统与电动汽车的结合成为目前研究的热点。对于质量较轻的电动汽车，简单紧凑的换挡机构可以降低整车重量并解决布置困难等问题，基于此本文提出一种由离心式离合器与行星齿轮机构相结合的新型自动换挡机构。首先，介绍了离心式离合器的结构及工作原理，对离心式离合器的特性及工作过程进行了分析。详述了基于离心式离合器的电动汽车自动换挡机构的结构及工作原理，并引入换挡品质来衡量自动换挡机构的好坏。 其次，通过行星齿轮机构及换挡过程的数学模型的建立，推导出基于离心式离合器的电动汽车自动换挡机构换挡品质的计算方法。关键词 电动汽车；自动换挡；离心式离合器；换挡品质Electric Automobile Clutch System Design and AnalysisAbstract: As the most feasible environmental protection method, electric vehicle becomes one of the research hotspots in automotive industry. Its transmission system which is the key part of the vehicle gets more and more attention by various auto makers and research institutions. Automatic transmission has a series of advantages such as the improvement of the comfortable and crossing ability, to ease the tiredness of driver and so on, so the combination of automatic shift and electric vehicle become the research points at present. For miniature low-speed electric cars, simple and compact complex shift institution can reduce vehicle weight and solve problems such as Therefore, a new auto shift institution which is combined centrifugal clutch with planetary gears is researched. Firstly, this paper introduced the structures and working principles of centrifugal clutch, analyzed the working characteristics and working process. The structure and working principles of automatic shift institutions based on centrifugal clutch are described in detail. Two evaluation indicators of the shift quality were analyzed which could evaluate the auto shift institution. Secondly, mathematical models of planetary gears and shift process were built. deducing the calculation formulas about shift quality, the influence of the original centrifugal clutch to the dynamic performance and the shift quality were analyzed, the result showed the original centrifugal clutch should be improved. Keywords: Electric vehicle; Automatic transmission; Centrifugal clutch; Shift quality目 录1 绪论11.1 研究背景11.2 离合器的发展21.3 本文研究的目的及意义41.4 本文的研究内容42 离心式离合器的电动汽车自动换挡机构52.1 离心式离合器5 2.1.1 离心式离合器的结构及工作原理5 2.1.2 离心式离合器的设计分析72.1.3 离心式离合器的结合过程分析92.1.4 catia离心式离合器的结构图102.2 离心式离合器在电动汽车自动换挡机构中的工作原理152.2.1 电动汽车自动换挡机构的结构152.2.2 电动汽车自动换挡机构的工作原理162.3 换挡品质172.4 本章小结213 离心式离合器对换挡品质的影响分析213.1 自动换挡过程理论模型的推导213.1.1 行星齿轮机构数学模型的建立213.1.2 换挡过程数学模型的建立243.2 离心式离合器的性能分析273.3 本章小结354 结论354.1 全文总结354.2 展望35致 谢37参 考 文 献38中南林业科技大学本科毕业设计 电动汽车离合系统的设计与分析1 绪论1.1 研究背景随着科学技术的进步和经济的发展，作为人们日常生活中不可缺少的代步和运输工具，汽车发挥了巨大的作用，对我们生活产生了深远影响。目前，由于汽车工业的发展带来石油资源需求的急剧增加，对环境严重的污染越来越严重，以有限的石油资源和破坏环境为基础的发展模式越来越不被人们所认同，节能和环保成为汽车工业发展的新目标，特别是各国政府都积极支持电动汽车的研究，汽车企业也在积极参与电动汽车的研究。电动汽车有效避开了能源紧缺和环境污染的双重危机，被认为是汽车工业发展的明日之星。电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，且满足道路安全法规对汽车各项要求的车辆。电动汽车是以车载储能装置为能量源，以电机通过传动系统驱动车辆行驶。电动汽车与内燃机汽车相比，有其自身的许多特点，电动汽车的价格比内燃机汽车高，决定了电动汽车的初期投入大、费用支出多，但是电动汽车的维修保养费用低，随着使用年限的延长，其使用费用支出会逐渐降低，甚至会低于内燃机汽车使用成本。能量转换效率高，操纵简便，系统结构简化，方便车辆的布置。电动汽车可实现制动能量回收，减速停车时的动能通过再生制动转化为电能并贮存在蓄电池中，停车时不必让电机空转，从而降低能源消耗，提高能源的使用效率。 汽车动力传动系统的任务是传递动力，并在动力的传递过程中改变传动比，以调节或变换动力输出装置的特性，同时通过变速来适应不同的驾驶要求。人工操作的手动变速器在换挡时转速变化突然，常使动力输出装置处于非稳定工况，影响汽车的动力性能、经济性能及乘坐舒适性。因此要保证动力输出装置在行驶过程中处于良好的工作状态，提高乘坐舒适性与操作简便性，需对自动变速系统与发动机结合的离合器研究。汽车离合器的种类很多，目前主要分为离合器分为电磁离合器、磁粉离合器、摩擦式离合器和液力偶合器。本文研究的是离心式离合器，离心离合器通过摩擦力来传递扭矩，它的基本结构由三个元件组成：主动件、离心体和从动件。离心体滑装在主动件上，由原动机驱动主动件旋转加速而将其径向甩出。当主动件达到规定角速度时，甩出的离心体与从动件内壁压紧，由摩擦力强制其进入运动状态而传递扭矩。离合器的从动件可以直接或通过皮带轮等机构与负载连接。离心离合器靠原动机本身的转速而实现两轴自动接合或断开的离心离合器,形成了它固有的一些特点:（1）离合器的接合取决于离心力,因此不能传递大于额定扭矩的负荷。如果从动端超载，离合器便打滑，所以它也具有安全离合器的功能。（2）离心离合器也不宜装在低速轴上使用，在低速时为了达到足够的离心力，就要增大结构尺寸，将使成本增加。（3）因为离心力是随转速的增加而逐渐增加，所以使用离心离合器就相当于将负荷逐渐地加到原动机上，因而可以直接起动工作机械，而获得平稳起动的效果，若用电动机直接驱动，可以显著地减小启动电流。（4）当原动机未达到额定转速之前，离心体相对于从动件要打滑，从而产生摩擦热，消耗一部分能量，因此离心离合器不造于在频繁起动的场合使用，也不宜在起动过程太长的地方应用。1.2 离合器的发展在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。它的原型设计曾装在1889年德国戴姆勒公司生产的钢制车轮的小汽车上。它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件。采用锥形离合器的方案一直延续到20世纪20年代中叶，对当时来说，锥形离合器的制造比较简单，摩擦面容易修复。它的摩擦材料曾用过骆毛带、皮革带等。那时曾出现过蹄-鼓式离合器，其结构有利于在离心力作用下使蹄紧贴鼓面。蹄-鼓式离合器用的摩擦元件是木块、皮革带等，蹄-鼓式离合器的重量较锥形离合器轻。无论锥形离合器或蹄鼓式离合器，都容易造成分离不彻底甚至出现主、从动件根本无法分离的自锁现象。现今所用的盘式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。多片离合器最主要的优点是，汽车起步时离合器的接合比较平顺，无冲击。早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一青铜盘片。采用纯粹的金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能达到更为满意的性能。浸在油中的盘片式离合器，盘子直径不能太大，以避免在高速时把油甩掉。此外，油也容易把金属盘片粘住，不易分离。但毕竟还是优点大于缺点。因为在当时，许多其他离合器还在原创阶段，性能很不稳定。石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘片式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更高的温度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是由多片离合器向单片离合器转变的关键。20世纪20年代末，直到进入30年代时，只有工程车辆、赛车和大功率的轿车上才使用多片离合器。早期的单片干式离合器由与锥形离合器相似的问题，即离合器接合时不够平顺。但是，由于单片干式离合器结构紧凑，散热良好，转动惯量小，所以以内燃机为动力的汽车经常采用它，尤其是成功地开发了价格便宜的冲压件离合器盖以后更是如此。实际上早在1920年就出现了单片干式离合器，这和前面提到的发明了石棉基的摩擦面片有关。但在那时相当一段时间内，由于技术设计上的缺陷，造成了单片离合器在接合时不够平顺的问题。第一次世界大战后初期，单片离合器的从动盘金属片上是没有摩擦面片的，摩擦面片是贴附在主动件飞轮和压盘上的，弹簧布置在中央，通过杠杆放大后作用在压盘上。后来改用多个直径较小的弹簧，沿着圆周布置直接压在压盘上，成为现今最为通用的螺旋弹簧布置方法。这种布置在设计上带来了实实在在的好处，使压盘上的弹簧的工作压力分布更均匀，并减小了轴向尺寸。多年的实践经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首选单片干式摩擦离合器，因为它具有从动部分转动惯量小、散热性好、结构简单、调整方便、尺寸紧凑、分离彻底等优点，而且由于在结构上采取一定措施，已能做到接合盘式平顺，因此现在广泛采用于大、中、小车型中。如今单片干式离合器在结构设计方面相当完善。采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的接合平顺性。离合器从动盘总成中装有扭转减振器，防止了传动系统的扭转共振，减小了传动系统噪声和载荷。随着人们对汽车舒适性要求的提高，离合器已在原有基础上得到不断改进，乘用车上愈来愈多地采用具有双质量飞轮的扭转减振器，能更好地降低传动系的噪声。对于重型离合器，由于商用车趋于大型化，发动机功率不断加大，但离合器允许加大尺寸的空间有限，离合器的使用条件日酷一日，增加离合器传递扭矩能力，提高使用寿命，简化操作，已成为重型离合器当前的发展趋势。为了提高离合器传递扭矩的能力，在重型汽车上可采用双片干式离合器。从理论上讲，在相同的径向尺寸下，双片离合器传递扭矩的能力和使用寿命是单片的2倍。但受到其他客观因素的影响，实际的效果要比理论值低一些。近年来湿式离合器在技术上不断改进，在国外某些重型车上又开始采用多片湿式离合器。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制冷却的结果，摩擦表面温度较低(不超过93)，因此，起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。查阅国内外资料获知，这种离合器的使用寿命可达干式离合器的5-6倍，但湿式离合器优点的发挥是一定要在某温度范围内才能实现的，超过这一温度范围将起负面效应。目前此技术尚不够完善。1.3 本文研究的目的及意义 随着科学技术的发展及人们生活水平的不断提高，带有离心式离合器自动变速系统的车辆以其方便舒适以及安全性，易于操作的特点将会受到人们的青睐。目前，国内外学者对自动换挡系统中离合器结构参数对换挡品质的影响等基础性研究不多，特别是针对适用于城市工况的轻型电动汽车自动换挡机构的研究更少。对于轻型电动汽车，本来电池会占据很大的整车重量，如仍然使用传统车辆的自动换挡装置不但会增加整车重量，在动力传动系统的布置方面也比较困难，从而导致汽车价格过高，这样就决定了一辆汽车的性价比。基于我国目前离心式离合器自动换挡机构的研发现状，适用于城市工况的轻型电动汽车离心式离合器自动换挡机构的基础性研究，对促进国产离心式离合器自动换挡机构的发展和提高我国汽车行业竞争力都具有重要的意义。1.4 本文的研究内容 本文介绍了一种以离心式离合器与行星齿轮机构相结合的新型自动换挡机构。电动汽车的自动换挡机构直接影响着整车的动力性能与经济性能，在满足整车性能要求的前提下，自动换挡机构的好坏由换挡品质来评价。通过数学分析可知，离心式离合器的特性对换挡品质有直接影响，因此对其进行研究。本文的主要研究内容如下:(1) 离合器发展现状，提出本文的研究目的及意义。（2）对离心式离合器的自动换挡机构的结构及工作原理进行了介绍，明确了离心式离合器的工作特性及自动换挡的实现方式。引入换挡品质对自动换挡机构进行评价，分析了换挡品质的两个评价指标冲击度与滑摩功。(3) 通过建立行星齿轮机构及换挡过程的数学模型，分析离心式离合器是否可满足动力传动系统的安装要求，且其工作特性是否可以与电机相匹配，从而满足电动汽车的动力性能要求。以及汽车的换挡品质是不是在期待范围里面。2 离心式离合器的电动汽车自动换挡机构随着科学技术的发展，自动变速系统以其操纵方便等优点越来越多的赢得了广大消费者的青睐，但传统的自动换挡机构结构复杂、造价高、重量大。因此本车采用一种新型自动换挡系统，此系统由离心式离合器与行星齿轮机构的相互作用完成两个挡位的切换，由于结构简单紧凑，可以有效地扩大电动汽车蓄电池布置空间和乘坐空间，因此很适合用于小型电动汽车上。2.1 离心式离合器2.1.1 离心式离合器的结构及工作原理 离心式离合器的结构形式较多，根据离心体组件的形状可分为刚性闸块离心式离合器和以钢珠等散状物作为离心体的离心式离合器。散状物的离心体可以在离心力场中的自由表面随着离心力的变化而变化，它具有流体的某些特性。应用较多的刚性闸块式离心体是指离心体在离心力场中保持原来的形状，离心力只存在于接触体的公法线上。 刚性闸块离心体有自由闸块和弹簧闸块等形式。自由闸块离心式离合器在起动时，闸块便开始与壳体边打滑边接触，这个结合过程会造成摩擦发热，一般在其额定转速的70-80时，主从动盘开始完全结合并传递转矩。这种离合器的结合平稳性稍差，但结构简单闸块重量较轻。弹簧闸块离心式离合器是以离心力和回位弹簧的拉力自动控制的摩擦式离合器，这种离合器结合平稳，结构上可布置成有周向弹簧、径向弹簧、片簧、橡胶弹簧等不同形式。按其在静止状态时的离合情况可分为开式和闭式两种。开式只有当达到一定工作转速时，主从动部分才结合，闭式是达到一定转速时，主从动部分才分离。 根据主动件与从动件结合方式的不同，刚性闸块离心式离合器可分为径向结合离心式离合器和轴向结合离心式离合器。径向结合离心式离合器的特点是离心体与从动件周向内壁接触，其作用力与离心力一样均沿径向作用，主动件通过摩擦带动从动件转动，从而传递转矩。轴向结合离心式离合器相对来说应用较少，它主要是通过一些内部机构(如铰杆)将离心力轴向输出，再通过摩擦力输出转矩。 径向结合刚性闸块式离心式离合器由于其结构简单质量轻，过载时可由主从盘之间的打滑产生保护等特点，被广泛应用于工程机械中，其具体结构如图2-1所示。1-主动轴 2-回位弹簧 3-离心块 4-离合器外壳体图2-1离心式离合器离心块由多片摩擦片组成并通过弹簧连接，必须具有较大的摩擦系数和耐摩指数，三个离心体滑装在主动盘上，分别由3根弹簧控制。主动盘由电动机带动，离心块在旋转过程中以离心体固定端为支点，活动端外张但会受到弹簧的制约。当主动轴转速增大到离心块产生的离心力超过弹簧的最大拉力并达到一定数值时，活动端张开与从动盘内表面贴合产生摩擦力带动从动盘转动，从而将动力通过从动盘向外输出:当主动轴转速较低，离心块所产生的离心力不足以克服弹簧的拉力时，离心块的活动端无法与从动盘内表面贴合，因此不能带动从动盘转动，离合器处于为分离状态，不传递转矩。 依据原动机转速的变化实现主从动盘自动结合或分离的离心式离合器，形成了它固有的一些特点:(1)过载保护作用。离心式离合器的结合与分离取决于主动盘旋转产生的离心力。如果从动端负载大于离合器能够传递的转矩时，主从动盘便会出现打滑现象，从而限制了动力的传递。可以防止传动系统过载，使它具有过载保护的功能。(2)结合平稳。离心式离合器主动盘的离心力是随原动机转速的增加而逐渐增加的，这就相当于将负载逐渐加到原动机上，从而达到平稳起动的效果。(3)无需专门的操纵机构。改变离心式离合器结合或分离状态的操纵力是来自其内部，因而无需专门的操纵机构。(4)结构简单、尺寸紧凑。(5)不宜装在低速轴上使用。传递同样的转矩和功率时，转速越低所需离合器的尺寸和质量越大，造成机构臃肿并使制造成本增加，因此离心式离合器不宜用于转速过低的场合。离心式离合器由于其过载保护的作用、平稳启动的性能、紧凑简单的结构及其简单方便的工作特性，被广泛地应用于汽车、摩托车等机动车上。2.1.2 离心式离合器的设计分析 离心式离合器是一种不需要操纵机构的自动离合器，由电动机带动离合器主动盘转动，固定在主动盘上的离心块在离心力的作用下克服回位弹簧的预紧力沿柱销甩出，当主动盘达到一定转速时与从动盘结合，从而达到传递转矩的目的。在运转过程中，每块离心块所产生的离心力可由下式表示 (2-1)式中，离心块的离心力/N 离心块的质量/kg 离心块的重量/N 离心块质心位置的平均旋转半径/m 离心块旋转角速度/(rad/s) 离合器主动轴转速/(r/min) 因，则式(2-1)可简化为: （2-2） 离心式离合器的工作条件是:离心块受到的离心力大于回位弹簧的最大拉力。因此离心式离合器所能传递的转矩为： （2-3） 式中， 离合器传递的转矩/ z离心块的个数 从动盘摩擦面半径/m 摩擦副摩擦系数 回位弹簧径向最大拉力/N 离心块受到的径向拉力由弹簧刚度和离心块的和从动盘之间的径向位移决定，可由下式表示: (2-4)式中，回位弹簧刚度/(N/m) 离心块与从动盘之间的径向位移/m 将式(2-4)代入(2-3)中可得离心式离合器工作特性为: (2-5)令 （2-6） （2-7）则式(2-5)可表示为: (2-8)令 (2-9)由式(2-8)可知当n时，离合器不传递转矩，当时，离合器开始工作，因此即为离心式离合器的结合转速。（时传递转矩）离心块从分离到结合与从动盘摩擦面的间隙应在0.51mm之间，否则会影响离合器的灵敏度。 离心块数量一般为23只，且3只的居多。离心块的摩擦材料主要有石棉基、粉末冶金等，因石棉基的摩擦系数受工作温度、单位压力和滑摩速度的影响较大，而粉末冶金的摩擦系数虽然略小但其稳定性较高，因此一般采用粉末冶金作为摩擦材料，其摩擦系数为0.25。 2.1.3 离心式离合器的结合过程分析根据离心式离合器的工作特性可知其结合过程可以分为主从动盘完全结合、完全分离和滑摩阶段三个状态。三个状态中，滑摩状态是一个过渡阶段，通过摩擦力矩的逐渐增大来实现离合器的完全结合和完全分离两个状态的切换。完全结合和完全分离是相对稳定的状态，离心式离合器处于完全结合状态时，其作用只相当于传递转矩装置，主从动盘之间没有相对转动。离心式离合器的结合过程如图2-2所示: 结合时间/S图2-2离合器结合过程 (1)消除间隙阶段第一阶段(OA段)，设A点对应的主动盘转速为，即OA段对应的主动盘转速为0。根据离心式离合器的结构可知，静止状态下其主动盘与从动盘之间存在一定的间隙，因此OA阶段属于间隙越来越小的阶段，在这个阶段，离合器主动盘和从动盘处于分离的状态，不传递转矩。离心力逐渐加大，离心快克服弹簧的拉力慢慢靠近从动盘，当主动盘转速达到时，主从动盘开始结合并传递转矩。为了使离合器尽快结合，从而提高工作效率，此阶段应尽可能在短时间内完成，设计时的间隙应该在一个小的范围里面。(2)滑摩阶段第二阶段(AB段)，设B点对应的主动盘转速为，即AB段对应的主动盘转速为。此阶段主从动盘之间产生滑摩，离心式离合器从动盘转速从0上升到与主动盘同转速。此阶段与之间的转速差应尽量小些，使主从动盘快速结合，从而减小摩擦片的摩损，延长离合器的使用寿命。(3)同步阶段第三阶段(BC段)，此阶段为离心式离合器主从动盘转速从开始同步到完全结合的阶段，摩擦力矩为静摩擦力矩，离合器主从动部分转速相等并开始一同增长，到达了完全传递转矩的阶段。2.1.4 catia离心式离合器的结构图由前面所讲的离心式离合器的结构及工作原理，我们可以在catia软件中画出离心式离合器的各个组成部分的简单结构图：（1）电机中心轴图2-3电机中心轴（2）主动盘图2-4主动盘（3）回位弹簧图2-5回位弹簧（4）摩擦片图2-6摩擦片（5）离合盖图2-7离合盖（6）从动盘图2-8从动盘由以上各部分可以通过catia软件把各部分装配起来，为了表达清楚内部的结构我们先看一下没有装离合盖时的装配图：图2-9无盖装配图把离合盖装上时的完整离心式离合器的机构图为：图2-10完整装配图2.2 离心式离合器在电动汽车自动换挡机构中的工作原理2.2.1 电动汽车自动换挡机构的结构 利用离心式离合器自动结合与分离的特点，将其与行星齿轮机构相配合，实现电动汽车自动换挡。此换挡机构主要由五部分组成:行星齿轮机构、离心式离合器、电磁制动器、主减速器和差速器，如图2-3所示:1- 电机 2-内齿圈支架 3-内齿圈 4-行星齿枪 5-太阳轮 6-行星架 7-一级主动齿轮 8-电磁制动器 9-单向轴承 10-离心式离合器从动盘 11-离心式离合器主动盘 12-连接套 13-电机中心轴 14-二级主动齿轮 15-二级从动齿轮16-一级从动齿转图2-3自动换档机构 电机输出轴上紧固连接着内齿圈支架和离心式离合器主动盘，内齿圈又与内齿圈支架紧固相连，因此电机中心轴带动离心式离合器主动盘、内齿圈支架、内齿圈同速转动，电机输出的转矩全部转递到内齿圈和离心式离合器主动盘上。连接套通过轴承安装在电机输出轴上，并与太阳轮、离心式离合器从动盘和电磁制动器动盘紧固相连。为防止连接套反转，在壳体上安装单向轴承使其内径与连接套紧固连接，因此太阳轮、离心式离合器从动盘、电磁制动器动盘与连接套运动状态一致，且由于单向轴承的作用，只能与电机保持同方向转动。电机输出的转矩通过内齿圈和离心式离合器传递到行星架上，行星架与主减速器的一级主动齿轮紧固相连，电机输出的转矩通过行星架传递到主减速器与差速器上，进而传递到车轮上克服汽车的行驶阻力，使车辆能够正常行驶。2.2.2 电动汽车自动换挡机构的工作原理 电机转速较小时，即离心式离合器主动盘转速小于结合转速时，主动盘产生的离心力不足以克服弹簧对离心体的拉力，离心体保持收缩状态，不会带动从动盘一起转动，不传递转矩，因此电机输出的驱动力矩全部作用在内齿圈上。电机中心轴通过内齿圈支架带动内齿圈与其同速旋转，内齿圈通过行星齿轮带动行星架转动。行星齿轮与太阳轮外啮合，因此行星齿轮的运动使太阳轮有向相反方向运动的趋势，但由于单向轴承对连接套的约束，使太阳轮、离心式离合器从动盘与连接套均保持静止。对于行星齿轮机构来说，内齿圈与行星架分别为主动件与被动件，太阳轮为固定件，行星齿轮即公转又自转，整个轮系以一定的传动比传递作用在内齿圈上的驱动力矩，即为本车的一挡传动比。 当电机转速增大到离心式离合器的结合转速时，即离合器的主动盘转速达到其结合转速时，离心体受到离心力的作用克服弹簧的拉力与从动盘结合，通过摩擦带动从动盘与主动盘一起转动，从动盘通过连接套带动太阳轮与其同速转动。此时离心式离合器主从动盘、太阳轮皆与电机运动状态相同，因此单向轴承不起作用。电机中心轴通过内齿圈支架带动内齿圈同速转动，因此太阳轮与内齿圈皆与电机中心轴同速转动。对于行星齿轮机构来说，若三个元件中的任何两个连成一体转动，第三元件的转速必然与前两者转速相等，即行星架与电机中心轴同速，此时行星齿轮机构中所有元件之间都没有相对运动，从而形成直接挡传动，即为本车的二挡传动比。 倒挡时，电机反转，在电磁制动器的作用下，连接套带动太阳轮和离心式离合器停止转动。电机转速降低，离心式离合器处于分离状态，传动系统的运动状态与一挡时相似，但方向相反，汽车实现低速倒挡行驶。2.3 换挡品质 换挡品质是指换挡过程的平顺性，即希望换挡过程平稳无冲击地进行，从而改善驾驶员和乘客的乘坐舒适性。换挡操作时离合器的结合或分离会产生一定的冲击，从车辆换挡过程的机械运动原理来讲，换挡冲击是由换挡过程中传动系统各个零部件的冲击造成的，它不仅影响换挡品质，还会减少传动系零部件的使用寿命。因此，改善车辆的换挡品质，不但可以改善汽车的乘坐舒适性，对提高零部件的可靠性和工作寿命也有着十分重要的意义。 离心式离合器摩擦元件的结合和分离是自动换挡的实现过程，如果离合器结合或分离这个过程所需的过渡时间过长，会使摩擦元件长时间处于滑摩状态，以致产生过大的热负荷，使摩擦元件的性能下降。因此，提升换挡品质对减少离合器摩擦片的摩损和热负荷，提高离合器工作可靠性和耐用性同样有着十分重要的意义。 为了提高挡位切换速度，需要尽可能的缩短换挡过渡时间，从而减少摩擦材料的摩损和过量的热负荷，但是另一方面又要求换挡能够平稳过渡，不应有过高的瞬时加速度或减速度造成的零部件冲击。因此应对这两个方面进行折中，以满足车辆换挡品质的综合要求。(1)冲击度 冲击度是指车辆纵向加速度的变化率，它的大小即为换挡平顺性的客观评价指标，可以把道路条件引起的弹跳和颠簸等对加速度的影响排除在外。冲击特性可以理解为冲击度的变化历程，是评价车辆起步、换挡过程平顺性的重要指标。它能较好地反映起步、换挡过程的动力学本质和人体感受的冲击程度。 从根本上说，冲击是由于转矩的扰动引起的，经研究证实换挡操作时对平稳性影响比较大的是离合器结合分离时引起的转矩波动所产生的冲击，可以用研究机械振动量的方法来研究冲击特性的评价方法。一般来说，振动量可以用振动幅值、频率、振动作用时间和振动方向等参数表征。由于从定义上讲，冲击度是车身纵向加速度的变化率，其方向问题已经明确，而且通常起步、换挡过程持续时间均较短，冲击特性属于低频信号，频率也可不作为评价指标提出。所以研究冲击特性可以从幅值和作用时间两个方面进行，幅值反映了冲击的程度，作用时间反映了冲击的持续时间和变化快慢。幅值是指冲击特性的最大值和最小值，是评定换挡过程冲击特性的主要指标，幅值越大则换挡冲击越大。作用时间是指冲击度从零上升(或下降)至最大值(或最小值)的时间。在相同的冲击幅值下，作用时间越短，换挡平顺性越差，反之则越好。冲击度表示为车辆行驶过程中加速度随时间的变化率，其公式为: (2-10)式中:车辆纵向加速度/(m/) 车速/(m/s) t时间/s 汽车在平路上的行驶方程式为: (2-11)式中，变速器输出转矩/ 滚动阻力/N 空气阻力/N 加速阻力/N 主减速器传动比 传动效率 车轮半径/m 满载质量/kg 滚动阻力系数 空气阻力系数 A迎风面积/ 汽车行驶速度/(m/s) 汽车旋转质量换算系数 汽车在换挡过程中，滚动阻力和空气阻力变化很小，因此根据式(2-10) (2-11)可知换挡过程中的冲击度为: (2-12) 由式(2-12)可知冲击度的大小与主减速器传动比、传动效率和变速器输出转矩的变化率成正比，与车轮半径、汽车旋转质量换算系数和整车质量成反比。在整车参数给定的情况下，主减速器传动比及各挡传动比的大小应根据电机特性、动力性能及经济性能的要求来选定。因此对于给定的车辆，其冲击度的大小主要取决于变速器输出转矩变化量的大小。换挡过程中，由于传动比的改变，电机输出的驱动力矩经过变速器的作用会发生突变，其变化量的大小取决于换挡前后两挡传动比的大小，当传动比给定时，若要单纯保证换挡平顺性，应延长换挡时间，使转矩随时间的变化量减小，从而减小冲击度。 对于车辆冲击度目前还没有国际标准，各国的检测方式和评判标准也不一致。德国推荐值，前苏联推荐值为，我国推荐值为。换挡过程中应使