工程车辆传动系统的耦合混沌特性辨识与控制研究

本研究拟运用流体力学、运动学、动态系统辨识等相关理论，分析动力传动系统混沌及耦合混沌特性形成的机理，并将研究一种基于状态相关Riccati方程（SDRE：State Dependent Riccati Equation）的分析及控制策略，实现对系统的控制和混沌同步现象的抑制。通过虚拟仿真结合硬件在回路仿真技术，开展车辆动力传动系统性能优化的研究。将主要完成：（1）单级及多级液压缓冲系统的非线性特性辨识及混沌产生的条件分析；（2）研究动力传动系统中的液压缓冲阀等非线性混沌耦合特性对换档品质的影响，揭示换档的动态冲击机理，提出解决一直困扰TCU工程设计的缓冲控制问题的方法；（3）研究一种基于SDRE的设计及分析方法，实现对传动系统的混沌同步的抑制控制。该项目将不仅在提升我国工程车辆动力传动控制系统的设计研发水平的理论方面取得突破，而且对提高车辆换档品质设计具有良好的理论指导意义。

工程车辆传动系统的非线性混沌特性影响了我国车辆研发能力的提升。本课题运用非线性动力学、运动学、动态系统辨识等相关理论，针对提高我国工程车辆传动系统的综合传动性能、系统结构轻量化、降低能耗等需求，分析研究了工程车辆动力传动系统非线性模型的仿真、辨识、混沌系统特性求解及工程模拟试验等。得到的主要成果有：（1）提出并实现了车辆动力传动系的非线性混沌耦合模型分析体系建立方法：采用键合图结合遗传算法，辨识了完整的车辆动力换挡系统动态模型；（2）利用Wiener-Hammerstein 结构，采用Linear-in-Parameter的非线性模型辨识方法实现了耦合弹簧振子Van der Pol Duffing模型参数的辨识。结合数值计算和解析求解的方法通过相轨迹、及李亚普诺夫指数等分析了系统中的离合器齿轮副及(复合)行星传动机构和液压缓冲弹簧等子系统在换挡扰动作用下解的混沌行为。（3）对混沌系统的求解方法进行了较为系统的研究，利用Matlab符号计算的自动方法探讨了多种混沌解析解和数值解的实现算法，如MMA、谐波平衡法、同论法及Adomian分解法等算法，得到了一种宽域的解析与数值解集成的新算法；发现了联合“Broyden算法”与“网格划区搜索”的集成方法，证明了所形成的“Broyden网格迭代算法”在循环变量不完整的情况下可覆盖全部解轨迹。（4）提出了“用可控超越离合配合或替代摩擦离合器工作”的思想，对原离合器进行了创新设计(摩擦元件分离且沿轴向分布)。根据“控制机件能否在超越状态独立于从动件”这一特征，将可控超越离合器划分为“控制分离型”与“控制非分离型”两类。在此分类基础上，提出了一种具有四种工作模式的电机驱动式控制分离型超越离合器的设计方法。采用Simulink、ADAMS、ANSYS 与AMESim 进行了设计与联合仿真模拟，设计制作了新型控制分离型超越离合器，建造了新型超越离合器传动系统试验平台，将实验结果与相关文献中同等工况下离合器性能指标进行了对比，验证了设计方法的合理性。（5）结合离合器换挡接合过程给出了状态相关Riccati方程（SDRE）的非线性系统优化控制方法。