可控超越離合集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與非線性特性研究.pdf

1、隨著車輛傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜化以及對(duì)其傳動(dòng)性能要求的不斷提高，超越離合器已逐漸成為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)造、提高綜合傳動(dòng)性能的有效手段，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)變速器等主傳動(dòng)裝置中。可控超越離合器是具有可控功能的超越離合器，增強(qiáng)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(shì)，正逐步被應(yīng)用于傳動(dòng)系統(tǒng)的改造中。然而受結(jié)構(gòu)限制，現(xiàn)有多數(shù)可控超越離合器難以獨(dú)立完成對(duì)同一傳動(dòng)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(fù)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(yīng)車輛傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)中，從動(dòng)力學(xué)的角度看，處于穩(wěn)態(tài)的自動(dòng)變速器是一個(gè)由超越離合器與齒輪機(jī)構(gòu)所組成的分段光滑動(dòng)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(qiáng)非線性因素，部件之間蘊(yùn)含著復(fù)雜的動(dòng)力耦合關(guān)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(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般性動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)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(dòng)力學(xué)模型，對(duì)其非線性行為及模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)條件等影響規(guī)律進(jìn)行研究?；诖?，本文以自動(dòng)變速器中的可控超越離合器和齒輪機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，從可控超越離合集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與非線性特性這兩個(gè)層面，開展了以下研究工作:
　　為體現(xiàn)可控超越離合器在結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方法上的差異，本文根據(jù)“從動(dòng)端能否徹底分離于主動(dòng)端與控制裝置”的關(guān)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(duì)現(xiàn)有多數(shù)可控超越離合器

4、難以實(shí)現(xiàn)主、從動(dòng)端徹底分離的難題，提出一種適用于對(duì)典型超越離合器進(jìn)行可控化改造的控制分離型設(shè)計(jì)方法。并采用該方法對(duì)一種新型控制分離型離合器進(jìn)行了設(shè)計(jì)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(shí)基于Hertz與有限元理論進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核。
　　為從理論上初步論證所設(shè)計(jì)的新型離合器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，及其所特有的控制分離功能是否符合設(shè)計(jì)要求，建立了考慮碰撞等動(dòng)態(tài)因素的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。借助仿真手段，分析了動(dòng)、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(yùn)行，且動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求的楔角等主要參數(shù)。通過(guò)對(duì)比研究，獲知“主動(dòng)環(huán)驅(qū)動(dòng)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(duì)于實(shí)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(duì)可控超越離合集成系統(tǒng)非線性特性進(jìn)行分析，應(yīng)用Galerkin過(guò)程獨(dú)立推導(dǎo)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(jì)算中所遇到的復(fù)雜非線性代數(shù)方程組高維迭代初

6、值難以確定的問(wèn)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(shí)，使用機(jī)理建模法，建立了穩(wěn)態(tài)工況下組成自動(dòng)變速器的兩個(gè)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(wú)量綱化動(dòng)力學(xué)模型。采用Broyden網(wǎng)格迭代算法對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行諧波平衡計(jì)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(guān)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(duì)可控超越

7、離合集成系統(tǒng)綜合性能的影響，給出了評(píng)價(jià)此類系統(tǒng)的性能指標(biāo)。使用分岔圖、時(shí)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(shí)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(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)性態(tài)。同時(shí)，系統(tǒng)地分析了配置方式、模型結(jié)構(gòu)以及參數(shù)條件的影響規(guī)律，獲得對(duì)此類系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)意義的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
　　為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的新型離合器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)及功能是否滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)為滿足在后續(xù)將要開展的可控