混合動力汽車用同步器相變條件及其機理研究

《混合動力汽車用同步器相變條件及其機理研究》是依託同濟大學，由鐘再敏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：混合動力汽車用同步器相變條件及其機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鐘再敏
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

混合動力汽車用傳動裝置同時實現機械功率和電功率的耦合與轉速/轉矩變換，是近年來汽車傳動技術領域的研究熱點和難點，基於定軸式齒輪傳動的混合動力傳動裝置是其重要技術分支。同步器是定軸式齒輪傳動技術中實現檔位切換的關鍵部件，與傳統手動變速箱使用工況相比，混合動力工況下，同步器的同步負荷大，同步過程中的相變過程複雜，並要求與主動控制部件協調同步控制，複雜特殊工況下的微觀同步和嚙合過程機理不詳，現有相關分析和控制的理論模型不再適用。本項目以混合動力用同步器為研究對象，對其同步過程中的相變過程進行理論和試驗研究，創新性地提出轉速相，轉矩相和膠合相的相變理論模型，並採用交流阻抗分析結合壓電陶瓷載入的針對性試驗研究方法，旨在揭示同步器相變微觀機理和巨觀規律，探明在複雜特殊工況下的相變條件，為套用相變條件模型指導混合動力用同步器的最佳化設計以及基於相變模型準確控制換擋同步過程提供參考。

結題摘要

混合動力汽車用複合傳動需要同時實現機械功率傳遞和機電功率轉換。在基於定軸輪系的車用複合傳動裝置（Electrified Mechanical Transmission，以下簡稱EMT）套用領域，同步器是實現動力傳遞路線切換的關鍵部件。與傳統手動變速箱使用工況相比，混合動力工況下，同步器的同步負荷更大、操作更頻繁，且要求與主動控制部件協調同步控制，因此需要對混合動力套用背景下的同步器工作過程進行深入研究。現有傳動方案中，同步器仍以檔位切換為主，模式切換任務還是要靠摩擦離合器實現，本研究的目標之一就是探討將同步器用作替代離合器的模式切換元件的技術可行性及為此需要解決的理論和算法難點。 本項目首先對同步器同步過程的摩擦行為進行了理論研究。基於摩擦學相關理論和同步器同步過程的工作階段劃分，即粘液潤滑相、混合相、乾摩擦相以及膠合相，對同步過程摩擦錐面間的摩擦磨損機理及影響因素進行分析，建立了相應各相的摩擦學理論模型以及相變條件，為指導混合動力用同步器的最佳化設計以及基於相變條件控制模式切換同步過程提供參考。同時，本項目驗證了交流阻抗分析作為識別同步器摩擦相變過程的試驗方法的有效性，以及轉速差對相變過程的影響。 基於上述研究成果，本項目結合混合動力汽車機電複合傳動系統中同步器的使用條件，提出以防止同步器發生膠合失效、提高同步器使用壽命為目的的主動同步控制原理，以及該原理在混合動力汽車上的具體實施算法。 最後，本項目以同步器相變為約束條件，對同步器操縱機構進行最佳化。在此基礎上，結合一款車用複合傳動裝置的設計及樣機研製，分析該混合動力總成的工作模式，將主動控制原理套用到換擋、模式切換等瞬態過程中，通過實車試驗測試主動控制算法的控制效果，驗證了理論模型和算法的可行性。 綜上所述，本項目以混合動力用同步器為研究對象，特別考慮動力系統模式切換套用背景，結合摩擦學理論與交流阻抗試驗分析法，建立其同步過程微觀摩擦相變模型，並在此基礎上提出混合動力傳動系統模式切換瞬態過程中的主動同步控制原理，最後結合車用複合傳動總成樣機研製及其控制套用完成了試驗驗證。