车辆传动换挡过程非线性动力学建模与求解

车辆换挡过程的动力学特性对传动系统强度、换挡品质和整车舒适性有着重要的影响，换挡离合器在结合过程中的大速差和摩擦系数、压紧力等非线性动力学建模和求解是换挡过程动力学特性研究的关键。本项目以车辆传动换挡过程动力学特性为研究对象，对非线性动力学模型建模和求解方法进行基础科学研究。具体内容包括：1）变拓扑结构时变系统多自由度非线性模型的建立及降维方法；2）换挡瞬变过程复杂边界条件的理论与试验研究；3）多自由度非线性动力学模型求解方法和仿真分析。通过本项目的研究，建立车辆传动换挡过程时变系统多自由度非线性模型，揭示换挡离合器非线性油压规律和摩擦系数的非线性变化规律，为车辆传动的动强度设计、换挡品质和整车舒适性研究奠定理论和技术基础。

基于图论理论，将传动系统中基本运动件映射为图的顶点，它们之间的连接关系映射为图的边，由此建立用于传动系统动力学分析的系统图论模型。引入拓扑变换条件，通过对系统图模型拓扑变换，结合部件模块化动力学模型，提出了车辆传动多自由度系统换挡过程变拓扑结构模型的建模方法。采用刚柔耦合多体动力学模型建模方法建立发动机曲柄连杆机构模型，研究得到了换挡过程发动机激励实时转矩特性。研究提出了基于传动系统弯扭耦合动态位移响应反馈的齿轮时变啮合刚度计算方法，可更加准确地描述齿轮系统的啮合状态，进一步结合传动系统振动非线性环节和部件模型，提出了多自由度时变非线性系统动力学模型的建模方法。对比研究多种降维方法，提出了适用于车辆传动多自由度系统非线性振动模型的降维方法，采用Galerkin方法实现了不同工况下传动系统多自由度时变非线性动力学模型的降维。对考虑非线性环节的系统动力学模型求解方法进行了系统的研究。对传统数值计算方法求解非线性振动问题的适用性进行了深入研究，探索了精度较高且能很好的保持系统能量的保结构算法。经过对比分析并考虑到计算资源和计算规模，得到了适用于换挡过程的数字仿真方法。完成了高转速多片湿式换挡离合器试验以及充油规律等参数特性仿真研究，提出了基于润滑理论的变拓扑过程离合器结合过程油膜特性的建模和求解方法，提出了离合器非线性摩擦转矩的计算方法。研究了考虑非线性因素的传动系统换挡过程冲击特性，实现了换挡过程系统动力学特性的仿真分析，并完成了某车辆变速箱换挡特性的试验验证。研究揭示了不同换挡转速、不同道路条件、离合器缓冲油压特性、齿轮齿侧间隙、齿轮啮合阻尼对换挡过程系统动态特性的影响规律，为换挡平顺性设计提供了参考。