【導讀】師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位。印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。合國家技術標準規(guī)范。點，其傳動系統(tǒng)作為關鍵的組成部分也受到各大汽車廠家和研究機構的重視。度，因此自動變速系統(tǒng)與電動汽車的結合成為目前研究的熱點。此本文提出一種由離心式離合器與行星齒輪機構相結合的新型自動換擋機構。詳述了基于離心式離合器的電動汽車自動換擋機構的結構及。工作原理，并引入換擋品質來衡量自動換擋機構的好壞。

　　

【正文】 式離合器的輸出特性可知作用在太陽輪上的驅動力矩為 : DBnT et ?? 2 (316) 中南林業(yè)科技大學本科畢業(yè)設計 電動汽車離合系統(tǒng)的設計與分析 25 式中， en —— 離心式離合器主動盤轉速 / mN? 由于離心式離合器主動盤轉速與電機轉速相同，因此太陽輪上的驅動力矩可以表示為 : DBnT dt ?? 2 (317) 根據式 (37)可知，作用在行星架上的驅動力矩為 : ))(1( 221 DBniT dj ??? (318) 由汽車的行駛方程可得 : dtdvmvACm g fr DBnii Dd ??? ????? 22210 21))(1( (319) 由離心式離合器結合過程分析可知，汽車在換擋過程中，離心式離合器處于滑摩階段，主動盤轉速隨電機轉速從 0n 增加到 1n ，從動盤轉速從 0 增加到 1n ,結合駕駛經驗和駕駛規(guī)律可知，此階段的設計時間應在 ～ 之間， 由于時間越短越好， 本文取 。由此可知，當主動盤轉速為 0n 、從動盤轉速為 0 時，開始換擋，經過 的滑摩過程，主從動盤的轉速同時達到 1n ，換擋完畢。由于此段時間極短，假設從動盤轉速是線性變化的，則主動盤轉速與從動盤轉速的關系如下 : tntnn eec ?? (320) 式中， —— 離心式離合器從動盤轉速 /(r/min) t—— 滑摩時間 根據式 (39), (320)可知電機轉速與行星架轉速的關系為 : 21212 )1( it inn jd ??? (321) 車速與行星架轉速的關系為 : irnv j? (322) 由于汽車在換擋過程中的阻力變化很小，因此由式 (319)(322)可得換擋過程中汽車的行駛方程為 : dtdvmm g fDvitr iBir ii ?? ?????? ))2( )1(()1( 2221222120210 （ 323） 由式 (323)可知，在整車參數給定的情況下，電動汽車在換擋過程中車速的中南林業(yè)科技大學本科畢業(yè)設計 電動汽車離合系統(tǒng)的設計與分析 26 變化只與離心式離合器特性曲線參數有關，因此離心式離合器的特性曲線參數是影響換擋過程中車速變化的主要因素。 根據式 (212)可知，沖擊度為換擋過程中汽車縱向加速度的變化量，因此由式 (323)可得到基于離心式離合器的電動汽車自動換擋機構在換擋過程中沖擊度隨時間的變化關系 : 220 2120 213 220 0 21 213 2 2 321 21 21100 ( 1 )( 1 ) ( )200 ( ) 2( 2 )( 2 ) ( 2 ) ( 2 )Bi ii i v Di i i Bv gf vr t ijm r m r t i t i t i??? ? ??? ?????? ?? ? ? ?? ? ??? （ 324） 由式 (324)可知，當整車參數給定時，電動汽車自動換擋 機構在換擋過程中沖擊度隨時間的變化關系與換擋過程中的車速及離心式離合器特性曲線參數B,D 有關。 將式 (320)～（ 322)代入式 (213)可得基于離心式離合器的電動汽車自換擋機構在換擋過程中的滑摩功 : v d tDrit viBiit triiW ))2( )1(10 0(2 213 )1( 2221 2221021 21210 2 ?? ????? ?? (325) 由于換擋時間已設定為 ，因此由式 (325)可知，當整車參數給定時，電動汽車自動換擋機構在換擋過程中的滑摩功與換擋過程中的車速及離心式離合器特性曲線參數 B,D 有關。 為了得到換擋過 程中車速隨時間的變化關系，從而得到基于離心式離合器的電動汽車自動換擋機構在換擋過程中的沖擊度與滑摩功，需用龍格 —— 庫塔算法對式 (323)進行求解。 (3)以二擋行駛時 汽車以二擋行駛時，離心式離合器主從動盤完全結合，二者同速轉動，從動盤帶動太陽輪與電機同轉速，即 : jdt nnn ?? (326) 對于行星齒輪機構，若使任何兩個元件連成一體轉動，則第三元件的轉速必然與前兩者轉速相等，即行星齒輪機構中所 有元件之間都沒有相對運動，從而形成直接擋傳動，即二擋傳動比為 : 中南林業(yè)科技大學本科畢業(yè)設計 電動汽車離合系統(tǒng)的設計與分析 27 12?i (327) 由式 (38), (326)可知 : jnt TTT ?? (328) 電機輸出的轉矩一部分作用在內齒圈上，另一部分作用在離心式離合器上，此時離心式離合器主從動盤結合，主動盤上的 轉矩通過從動盤全部作用在太陽輪上，因此 : qtn TTT ?? (329) 由式（ 328), (329)可知作用在行星架上的驅動力為 : qj TT? (330) 離心式離合器的性能分析 電動汽車自動換擋機構中的離心式離合器應符合動力傳動系統(tǒng)的安裝要求，其工作特 性應與電機特性相匹配，以滿足電動汽車的動力性能要求。好的換擋品質是自動換擋機構所追求的目標，根據上述分析可知離心式離合器特性對換擋品質影響很大，因此應對原有的離心式離合器進行分析。 本車選擇重慶長興工業(yè)有限公司的離心式離合器，其具體參數如表 31 所示 : 表 31 離心式離合器參數 類別 參數值 摩擦塊數量 /個 3 從動盤內徑 /mm 從動盤外徑 /mm 摩擦片厚度 /mm 摩擦片摩擦面弧長 /mm 中南林業(yè)科技大學本科畢業(yè)設計 電動汽車離合系統(tǒng)的設計與分析 28 重量 /kg 安裝花鍵齒數 z 22 安裝花鍵模數 m 安裝花鍵壓力角 A ? 最大轉速 /(r/min) 4000 結合轉速 /(r/min) 20xx200? 為了得到離心式離合器在實際工作中的特性曲線，重慶長興公司進行離心式離合器特性試驗。試驗按照 QC/T 2720xx《汽車干摩擦式離合器總成臺架試驗方法》 ,在離心式離合器試驗臺上對其工作特性進行測定，測定方法如下所示 : (1)離心式離合器結合轉速測量 啟動電機并逐漸增加其轉速，當離心力大于離心體受到的彈簧拉力時，離合器主從動盤結合，顯示屏顯示結合轉速。 (2)最大轉矩測量 電機帶動離心式離合器主動盤在某一設定轉速下運轉，逐步增加從動盤負載，若出現(xiàn)打滑現(xiàn)象報警器蜂鳴，顯示屏顯示的負載轉矩即為該轉速下離心式離合器能夠傳遞的最大轉矩。 根據上述方法測得離心式離合器的工作特性如表 32 所示 : 中南林業(yè)科技大學本科畢業(yè)設計 電動汽車離合系統(tǒng)的設計與分析 29 表 32 離心式離合器試驗數據 Table 32 Experiment data of centrifugal clutch 轉速 (r/min） 轉矩 /(N m) 轉 速 (r/min） 轉矩 /(N m) 1345 2735 1512 2946 1713 3163 1900 3323 2143 3566 2325 3727 2539 3981 根據離心式離合器試驗得到其特性曲線，并對其進行最小二乘法曲線擬合，得到離心式離合器特性曲線公式為 : 26 ??? ? nT min)/1258( ?n (331) 擬合曲線與試驗結果對比如圖 33 所示 : 中南林業(yè)科技大學本科畢業(yè)設計 電動汽車離合系統(tǒng)的設計與分析 30 圖 33 離心式離合器特性曲線 由圖 33 可知，擬合結果與試驗結果基本相符，因此可認為式 (331)即為離心式離合器特性曲線公式。 離心式離合器應與電機特性和汽車的動力性能要求相匹配，并應符合動力傳動系統(tǒng)的安裝要求。根據汽車動力性能要求，本車選擇某廠永磁直流無刷電機，其基本參數及本車的動力性能要求如表 33 所示 : 表 3— 3 動力性能要求及電機參 數 類別 參數值 最高車速 /(km/h) 70 最大爬坡度 (15km/h) 15% 常用車速 /(km/h) 50～ 70 峰值轉矩 / mN? 70 額定轉矩 / mN? 19 最高轉速 /(r/min) 4000 額定電壓 /V 72 峰值功率 /kW 15 中南林業(yè)科技大學本科畢業(yè)設計 電動汽車離合系統(tǒng)的設計與分析 31 額定功率 /kW 5 為了得到電機在工作過程中的輸出特性，驗證初選的離心式離合器是否與其相匹 配，從而滿足汽車動力性能要求。根據 GB/T 《電動汽車用電機及其控制器 第一部分 :技術條件》、 GB/T 《電動汽車用電機及其控制器 第二部分 :試驗方法》在 CWF25 發(fā)動機測試系統(tǒng)上對電機的輸出特性進行試驗。 試驗方法如下所示： (1)準備工作 :試驗前設計夾具把電機和測功機連接起來，正確連接電機、控制器和電池，使電機和測功機正常工作。調試好數據采集系統(tǒng)，安裝電流傳感器測試母線電流，電壓傳感器接在電池兩端，保證傳感器與電機連接可靠，最后運行電機使之達到熱穩(wěn)定狀態(tài) 。 (2)試驗過程 :在額定電壓下，從 0 到最大轉矩逐步對電機進行加載，當電機速度穩(wěn)定時記錄如下數據 :電機輸出轉速，輸出轉矩，控制器輸入電流和電池電壓。 通過上述試驗得到電機在額定電壓下持續(xù)工作的外特性曲線，并對試驗結果進行擬合，擬合結果如圖 35 所示 : 圖 35 電機持續(xù)工作外特性曲線 中南林業(yè)科技大學本科畢業(yè)設計 電動汽車離合系統(tǒng)的設計與分析 32 擬合得到的電機在額定電壓下持續(xù)工作時輸出轉矩、輸出功率與轉速的關系，如式 (332), (333)所示 : ??????? 2503119nT m in/4 0 003 0 00m in/3 0 000rnrn???? (332) ??????5600nP m in/4 0 003 0 00m in/3 0 000rnrn???? (333) 根據電機在額定狀態(tài)下的輸出特性及本車自動換擋機構的工作原理可知，離心式離合器的最大轉速應不小于電機的最大轉速，才能保證傳遞汽車正常行駛時的驅動力矩， 即 : maxmax dnn ? (334) 式中， maxn —— 離心式離合器最大工作轉速 /(r/min) maxdn —— 電機最高轉速 /(r/min) 離心式離合器應能夠傳遞太陽輪上的驅動力矩，即 : tTDBn ??2 (335) 汽車在爬最大坡度時離心式離合器應處于分離狀態(tài)，以保證一擋傳動，為爬坡提供更大的 驅 動力矩。為保證離合器的使用壽命，此時主從動盤應處于分離狀態(tài)，即離心式離合器的結合轉速 0n 應大于動力性能要求中爬最大坡度時的車速對應的電機轉速。當汽車在平路上或較小坡度上行駛時，電機可以提供較大的起步轉矩，當電機轉速達到 0n 時，汽車開始換擋以實現(xiàn)高速行駛，因此 : %150 nn? (336) 式中 , %15n —— 汽車最高爬坡度要求車速對應的電機轉速 /(r/min) 由式 (29), (336)可得 : %15nBD? (337) 汽車在城市工況中行駛時會經常在常用車速內加、減速，為保證良好的動力性能及自動換擋機構的使用壽命，擋位切換應避開車輛的常用車速范圍，即換擋過程中對應的電機轉速應不在常用車速對應電機轉速范圍之內，因此圖 22 中換擋結束對應的電機轉速 1n 應小于常用車速對應的轉速，即 : 中南林業(yè)科技大學本科畢業(yè)設計 電動汽車離合系統(tǒng)的設計與分析