可控超越離合集成系統(tǒng)的設計方法與非線性特性研究.pdf

1、隨著車輛傳動系統(tǒng)結構的日益復雜化以及對其傳動性能要求的不斷提高，超越離合器已逐漸成為了簡化系統(tǒng)構造、提高綜合傳動性能的有效手段，被廣泛應用于自動變速器等主傳動裝置中?？煽爻诫x合器是具有可控功能的超越離合器，增強超越離合器的功能性，打破其功能單一的局限性，與摩擦離合器相比，具有諸多優(yōu)勢，正逐步被應用于傳動系統(tǒng)的改造中。然而受結構限制，現(xiàn)有多數(shù)可控超越離合器難以獨立完成對同一傳動路線上多工作模式的控制，需配備摩擦離合器與之協(xié)同工作，增加了

2、系統(tǒng)復雜性。因此，有必要研究新型可控超越離合器，以便更好地適應車輛傳動系統(tǒng)的使用需求。此外，可控超越離合器并非孤立存在于車輛傳動系統(tǒng)中，從動力學的角度看，處于穩(wěn)態(tài)的自動變速器是一個由超越離合器與齒輪機構所組成的分段光滑動力系統(tǒng)（即可控超越離合集成系統(tǒng)），系統(tǒng)中包含了間隙等強非線性因素，部件之間蘊含著復雜的動力耦合關系。為反映此類系統(tǒng)的混沌等非線性特性，并初步獲得在考慮非線性因素的前提上指導系統(tǒng)設計的一般性動態(tài)設計準則，就必須在考慮非線性

3、因素的前提下，建立系統(tǒng)的非線性動力學模型，對其非線性行為及模型結構、參數(shù)條件等影響規(guī)律進行研究。基于此，本文以自動變速器中的可控超越離合器和齒輪機構為研究對象，從可控超越離合集成系統(tǒng)的設計方法與非線性特性這兩個層面，開展了以下研究工作:
　　為體現(xiàn)可控超越離合器在結構與設計方法上的差異，本文根據(jù)“從動端能否徹底分離于主動端與控制裝置”的關鍵特征，將可控超越離合器定義為“控制分離型”與“控制非分離型”兩類。針對現(xiàn)有多數(shù)可控超越離合器

4、難以實現(xiàn)主、從動端徹底分離的難題，提出一種適用于對典型超越離合器進行可控化改造的控制分離型設計方法。并采用該方法對一種新型控制分離型離合器進行了設計研究;依據(jù)靜態(tài)自鎖原理，獲得該離合器的靜態(tài)自鎖條件，同時基于Hertz與有限元理論進行了參數(shù)設計與強度校核。
　　為從理論上初步論證所設計的新型離合器的動態(tài)性能指標，及其所特有的控制分離功能是否符合設計要求，建立了考慮碰撞等動態(tài)因素的系統(tǒng)動力學模型。借助仿真手段，分析了動、靜態(tài)自鎖條件

5、之間的差異，并確定了保證離合器穩(wěn)定運行，且動態(tài)性能指標符合設計要求的楔角等主要參數(shù)。通過對比研究，獲知“主動環(huán)驅動方式”有利于減輕離合器的損耗，證明了“控制環(huán)與楔塊環(huán)的聯(lián)合控制方式”對于實現(xiàn)控制分離功能的必要性，確定了新型離合器的制造方案。
　　為采用解析諧波平衡法對可控超越離合集成系統(tǒng)非線性特性進行分析，應用Galerkin過程獨立推導出超越離合器非線性函數(shù)的描述函數(shù)。為解決在諧波平衡計算中所遇到的復雜非線性代數(shù)方程組高維迭代初

6、值難以確定的問題，基于“網(wǎng)格分區(qū)”思想，提出一種新型Broyden網(wǎng)格迭代算法。同時，使用機理建模法，建立了穩(wěn)態(tài)工況下組成自動變速器的兩個基本“可控超越離合集成系統(tǒng)”考慮間隙等非線性因素的無量綱化動力學模型。采用Broyden網(wǎng)格迭代算法對該系統(tǒng)進行諧波平衡計算，獲得了反映該系統(tǒng)軟彈簧特性、多值解等非線性特征的幅頻特性曲線，并依據(jù)Floquet理論得到了有關系統(tǒng)穩(wěn)定性的信息。
　　為采用數(shù)值積分法全面地考察配置方式等因素對可控超越

7、離合集成系統(tǒng)綜合性能的影響，給出了評價此類系統(tǒng)的性能指標。使用分岔圖、時域圖、相軌跡以及Poincaré映射等工具，描述了此類系統(tǒng)隨系統(tǒng)激振頻率變化時的分岔規(guī)律以及通向混沌的途徑，從理論上揭示了此類系統(tǒng)復雜的非線性動力學性態(tài)。同時，系統(tǒng)地分析了配置方式、模型結構以及參數(shù)條件的影響規(guī)律，獲得對此類系統(tǒng)設計具有一定指導意義的動態(tài)設計準則。
　　為驗證所設計的新型離合器的動態(tài)性能指標及功能是否滿足設計要求，同時為滿足在后續(xù)將要開展的可控