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原文传递摩擦球面式IVT传动系统的建模、仿真及控制研究

论文题名：	摩擦球面式IVT传动系统的建模、仿真及控制研究
关键词：	牵引传动;摩擦球面副;无限变速无级变速器;转矩分流;速比控制
摘要：	汽车无级变速器(Continuously Variable Trarlsmission，简称CVT)作为汽车最理想的变速传动装置，由于其可以实现动力的连续变化输出，使汽车行驶阻力与发动机输出转矩在变速器自身允许的速比范围内实现良好匹配，从而获得理想的燃油经济性能和动力性能。然而，由于CVT自身结构特点和工作原理的限制，其所能允许连续变化的速比范围有限，不能保证汽车在任意行驶工况下都能对应发动机的理想工作特性。因此，如何在保证CVT固有优势的基础上，尽可能提高速比范围，使汽车在绝大部分行驶工况下都能获得理想的发动机工作特性，是当今汽车变速器重点研究的发展方向。而牵引式无限变速无级变速器(Infinitely Variable Transmission，简称IVT)不仅兼具了CVT的传动特点，更实现了速比范围的大幅度扩展，因此对其进行深入研究，具有更深远的理论意义和应用价值。　　当前国内外对于牵引式IVT变速器的研究，主要是针对牵引式环面结构的IVT进行全面设计。本课题在综合了环面结构IVT传动特性的基础上，运用摩擦学、理论力学、机械没计以及材料学科等的相关基础理论，设计了一种新型车用牵引式摩擦球面IVT传动系统，相比传统的环面结构IVT有着本质的区别。本课题以该新型传动系统为研究对象，主要围绕其展开了以下方面的研究：　　 1.创造性地设计开发了基于转矩分流原理的牵引式摩擦球面IVT传动系统。对该传动系统进行UG环境下的三维模型设计，分析了传动系统的结构特点和工作原理，并对各个部件进行了运动学分析，得到了传动系统的传动特性和调速特性关系。　　 2.建立了该传动系统与发动机耦合而成的IVT动力传动系统模型，分析了发动机、IVT传动系统以及整车三者之间的对应关系，通过传动系统的综合控制，实现了汽车理想行驶工况与发动机理想运行工况的匹配。最终分析了传动系统的综合控制策略。　　 3.对该摩擦球面IVT传动系统的速比调节进行了综合控制研究，提出了针对传动系统速比控制的综合控制策略。在ADAMS环境下参数化设计了传动系统的动力学模型，建立对应的状态变量，并将其控制模块导入Simulink环境，引入相应控制算法，通过模拟汽车在动力性模式下起步、急加速、稳步行驶以及爬坡的不同行驶工况，以节气门开度作为控制输入信号，得到实际速比相比于目标速比的控制结果。　　 4.对传动系统的摩擦球面副之间的接触压力进行了进一步研究。提出了摩擦球面副的夹紧力力学模型，分析了摩擦球面副表面相对运动的滚动摩擦系数，建立了正压力与传动系统的速比变化率以及发动机转速的数学关系。随后在Simulink环境下建立传动系统的ADAMS动力学模型，引入相应控制算法，在速比控制模型的基础上得到实际央紧力相比于目标央紧力的控制结果。从而完成该摩擦球面IVT传动系统的全面设计工作。　　 5.对该摩擦球面式IVT传动系统的综合性能参数给出了具体的介绍和分析，包括传动系统在考虑夹紧力作用下的实际速比模型、传动系统在装备于汽车上后满足汽车行驶所允许的速比范围对应的速比控制油缸活塞的行程范围、传动系统的有效输出功率以及传动系统的传动效率。通过对这些综合性能参数的分析，论证了该传动系统结构设计的合理性和优越性。　　论文最后指出了针对该传动系统的进一步设计改进工作，包括传动系统倒档过程的实现、离合器的起步控制、夹紧力力学模型的优化以及摩擦球面副表面润滑的问题，作为该传动系统今后的研究方向。
作者：	陆磊
专业：	车辆工程
导师：	邓亚东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文