新型回流变速传动系统设计理论与控制方法研究

In order to improving the transmission efficiency of the hydrodynamic drive, hydraulic drive, friction drive and electric drive system, a new design idea of the transmission system with reflux power is originally proposed. In this transmission system, inherent characteristics of power split and speed synthesis of planetary gear are taken fully advantage of. The hydrodynamic torque converter, oil hydraulic pump and motor, metal pushing belt or electric motor is reversely placed in the reflux power path while the gearbox is placed in the main power path. Compared with the existing power transmission system, the characteristics of increasing torque adaptively in the low-speed state, starting smoothly and preventing engine kill are not only retained in the new transmission system with reflux power, but also transmission efficiency is improved significantly. Moreover, the continuous speed ratio is achieved fully in the whole ratio changing range. As a result, the operating state of the engine is optimized and the work efficiency of the entire powertrain is further improved. Therefore, by trying to study a series of basic scientific problems of the transmission system with reflux power, including basic characteristics and related influencing factors, design method and parameter optimization, starting up and shifting control method, dynamic characteristics in shifting process, etc., the design theory and control method of the new transmission system with the characteristic of reflux speed regulation will be established. This research results provides a theoretical support for promoting the research and development ability in automatic transmission industry.

本着提高液力/液压传动、摩擦传动、电力传动等系统传动效率的初衷，原创性地提出回流变速传动的设计思路。该传动系统充分利用行星排固有的功率分流和速度合成的特性，将液力变矩器、泵-马达、金属带轮组和电机四种特征元件反置于回流调速路径，而挡位变速器置于主传动路径。在显著提高系统传动效率的前提下，回流变速传动系统具备完全自适应低速增扭和平稳起步、防止发动机熄火或电机堵转、可全程无级或分段无级调速的特征，从而改善发动机或电机的运行状态，进一步提升整个动力传动系统的工作效率。为此，拟通过对回流变速传动系统的结构体系构建及基础特性分析、四类特征元件特殊要求与性能参数优化设计方法、变速传动系统智能控制方法、换挡过程动态特性分析等一系列基础性科学问题的研究，创建一种具备回流调速特征的新型变速传动系统的设计理论和控制方法，为提升外负荷剧烈变化的作业机械变速传动系统的原始创新能力提供理论支撑。

液力、液压或摩擦等传动型式均具有其独特的传动特性，但与齿轮啮合传动相比，也存在传动效率低的缺陷。如何在保持液力、液压或摩擦传动等独特传动特性的前提下，突破现有变速传动系统的设计局限，大幅度提高传动系统的整体效率成为困扰此类传动型式得以更加广泛应用的一个世界性难题。本项目通过对回流变速传动共性原理与基础特性、系统结构性能参数优化设计方法、不同工作区域划分原则与转换控制方法以及传动系统智能控制方法等研究，取得的重要成果主要体现在：.1）提出了回流变速传动的设计思想，以金属带、液力变矩器、液压泵—马达为特征元件，构建了摩擦回流传动、液力回流传动、液压回流传动的基础构型，完成了从原理层、方法层、结构层和技术层组成的回流变速传动理论体系的构建；.2）提出了基于双电机+碟簧执行机构的摩擦回流传动的新型插电混合动力传动系统构型方案，建立该系统匹配设计方法、不同驱动模式工作区域划分方法与相互之间转换控制方法，并与国际标杆产品PRIUS混合动力汽车性能对比分析：二者制造成本与节能效果基本相当；复杂的城市内交通环境下，在节能效果、能量回收等方面优于PRIUS方案；.3）以重型拖拉机为设计对象，建立了液压泵—马达无级传动系统速比区段的划分原则，分析了液压回流变速传动系统的传动效率、增扭系数、速比阔度等特性的变化规律，提出了分/回流相结合的复合液压传动系统新构型。结果表明：最大变矩系数提高了70.22%，显着提高了车辆遇到障碍物时的动态性能；高效区无级调速阔度提高了32.27%。.4）以轮式装载机为设计对象，提出了采用低透穿液力变矩器作为液力回流传动系统的特征元件，从而保证发动机与液力回流变速传动装置具有良好联合匹配性能的设计原则，并提出了带有容能调节装置的新型液力回流传动系统结构方案。结果表明：在保证轮式装载机铲装工况的原有动力性的同时，共同工作传动效率提高10.99%。