无摩擦离合器转矩耦合型插电式混合动力系统的关键基础问题研究

Friction clutch is the necessary component for engine driving system, and it is still the core control component for torque-coupling hybrid systems. The electric mainly driving characteristic of plug-in hybrid systems enables the on/off control component to take place of the friction clutch. The selectable one-way clutch (SOC) is a novel on/off control component, which can replace the friction clutch partly. The applicant has proposed a novel no-friction-clutch torque-coupling hybrid system (NTHS) with SOC, and the project research centers around the two key basic problems, one is the dynamics matching and design method for NTHS, caused by the multistage time-varying nonlinear dynamic characteristics of SOC, and the other is the no clutch shift methodology. Based on the multi-component nonlinear and nonstationary signal identification idea for torque-coupling rotary machines, applying LMD time - frequency analysis method, we identify the SOC dynamic parameters experimentally, establish the SOC dynamic model, and realize the optimal matching of dynamic parameters and structure for NTHS driveline. Based on the energy conservation idea, we propose a no clutch steady engine shift methodology, and based on the system dynamic model and the control model, we apply intelligent optimization algorithms to realize the multi-objective optimization for shift quality.

摩擦式离合器是内燃机驱动系统的必要组件，现有转矩耦合型混合动力系统仍以其作为核心控制元件，插电式混合动力系统以电驱动为主的特性使得开关控制传动元件完全替代摩擦式离合器具有可能。可控式超越离合器SOC是一种可部分替代摩擦式离合器的新型开关控制元件，申请人针对性提出基于SOC的无摩擦离合器转矩耦合型插电式混合动力系统NTHS，项目研究围绕由SOC多段时变非线性动力学传递特性引发的NTHS动力学匹配设计方法和无离合器换挡方法两个关键性基础问题展开。基于转矩耦合型旋转机械多分量调幅调频信号辨识思维，应用LMD时频分析方法，对SOC动态特性参数进行实验辨识，建立SOC动力学传递模型，就NTHS传动链动力学参数与结构实现最优匹配。基于能量守恒思维，提出无离合器发动机稳态换挡方法，利用电机吸收发动机动能和系统惯性能量，以系统动力学模型和控制模型为基础，应用智能优化算法，实现换挡品质多目标综合优化。

在国家战略性促进新能源汽车关键核心技术研发和新产品产业化的背景下，本项目以发现、研究和归纳新型传动元件—可控式超越离合器SOC在机械传动领域，特别是在车辆传动系统中的应用基础问题为宗旨。.项目研究工作围绕三个核心问题展开，在如何准确描述可控式超越离合器SOC多段时变非线性动力学特性方面：开展了扭转振动信号直接测量方法的仿真和实验研究，进行了考虑自锁元件动态特性的超越离合器-齿轮系统模型研究，并进行了台架实验验证；在如何实现系统动力学参数和结构匹配方面：进行了接合间隙对齿轮系统非线性特性的影响分析研究，对可控超越离合器、基于可控超越离合器的多动力源耦合器技术方案进行了创新，与加拿大滑铁卢大学合作开展了新型液力-电机-发动机三元混合动力汽车研究；在如何实现综合换挡品质最优化方面：提出基于最优控制理论的思想将换挡轨迹规划问题归结为最优控制问题进行求解，进行了基于SOC换挡机构的换挡品质综合优化和相关实验研究工作。.通过项目的研究工作，提供了一种直接测量旋转机械系统扭转信号的方法，提高了超越离合器及其传动系统的非线性动力学模型的精度，分析了SOC等开关接合元件的接合间隙对齿轮系统非线性特性的影响，为系统结构匹配提供了理论依据，对SOC、啮合套等开关接合元件的技术方案进行了创新性改进，提出了基于开关接合元件的混合动力耦合器方案，提供了新型液-电-热三元混合动力汽车方案的比对研究结果，将换挡转矩相和惯性相两个阶段的轨迹规划问题融合为换挡轨迹全局规划问题，应用伪谱法成功求解实现换挡品质全局最优，并进行了相关实验。.项目的研究工作进一步夯实了可控超越离合器SOC等新型开关控制传动元件工程应用及其系统产业化开发的理论基础，拓展了这一类开关控制传动元件的应用对象，为基于电驱动特性和开关控制元件创新机械传动系统做了一点贡献。