混合动力汽车用同步器相变条件及其机理研究

混合动力汽车用传动装置同时实现机械功率和电功率的耦合与转速/转矩变换，是近年来汽车传动技术领域的研究热点和难点，基于定轴式齿轮传动的混合动力传动装置是其重要技术分支。同步器是定轴式齿轮传动技术中实现档位切换的关键部件，与传统手动变速箱使用工况相比，混合动力工况下，同步器的同步负荷大，同步过程中的相变过程复杂，并要求与主动控制部件协调同步控制，复杂特殊工况下的微观同步和啮合过程机理不详，现有相关分析和控制的理论模型不再适用。本项目以混合动力用同步器为研究对象，对其同步过程中的相变过程进行理论和试验研究，创新性地提出转速相，转矩相和胶合相的相变理论模型，并采用交流阻抗分析结合压电陶瓷加载的针对性试验研究方法，旨在揭示同步器相变微观机理和宏观规律，探明在复杂特殊工况下的相变条件，为应用相变条件模型指导混合动力用同步器的优化设计以及基于相变模型准确控制换挡同步过程提供参考。

混合动力汽车用复合传动需要同时实现机械功率传递和机电功率转换。在基于定轴轮系的车用复合传动装置（Electrified Mechanical Transmission，以下简称EMT）应用领域，同步器是实现动力传递路线切换的关键部件。与传统手动变速箱使用工况相比，混合动力工况下，同步器的同步负荷更大、操作更频繁，且要求与主动控制部件协调同步控制，因此需要对混合动力应用背景下的同步器工作过程进行深入研究。现有传动方案中，同步器仍以档位切换为主，模式切换任务还是要靠摩擦离合器实现，本研究的目标之一就是探讨将同步器用作替代离合器的模式切换元件的技术可行性及为此需要解决的理论和算法难点。.本项目首先对同步器同步过程的摩擦行为进行了理论研究。基于摩擦学相关理论和同步器同步过程的工作阶段划分，即粘液润滑相、混合相、干摩擦相以及胶合相，对同步过程摩擦锥面间的摩擦磨损机理及影响因素进行分析，建立了相应各相的摩擦学理论模型以及相变条件，为指导混合动力用同步器的优化设计以及基于相变条件控制模式切换同步过程提供参考。同时，本项目验证了交流阻抗分析作为识别同步器摩擦相变过程的试验方法的有效性，以及转速差对相变过程的影响。.基于上述研究成果，本项目结合混合动力汽车机电复合传动系统中同步器的使用条件，提出以防止同步器发生胶合失效、提高同步器使用寿命为目的的主动同步控制原理，以及该原理在混合动力汽车上的具体实施算法。.最后，本项目以同步器相变为约束条件，对同步器操纵机构进行优化。在此基础上，结合一款车用复合传动装置的设计及样机研制，分析该混合动力总成的工作模式，将主动控制原理应用到换挡、模式切换等瞬态过程中，通过实车试验测试主动控制算法的控制效果，验证了理论模型和算法的可行性。.综上所述，本项目以混合动力用同步器为研究对象，特别考虑动力系统模式切换应用背景，结合摩擦学理论与交流阻抗试验分析法，建立其同步过程微观摩擦相变模型，并在此基础上提出混合动力传动系统模式切换瞬态过程中的主动同步控制原理，最后结合车用复合传动总成样机研制及其控制应用完成了试验验证。