中文摘要：

动力耦合器是基于差速耦合的混联式传动新方法的核心部件，也是混合动力车发挥节能与低碳排放的重要基础件。因有多个动力源接入耦合器，使结构、力、热和流体润滑状态变得非常复杂，为在高温升大负载耦合环境中研究此新传动机构的可控寿命设计和全局优化设计，提出基于多场耦合分析的动力耦合器设计新理论与新方法。重点研究"新型差速动力耦合器"的热-流体-结构多场耦合模型建立方法，准确再现动态耦合性能，探讨应力场、温度场和油膜间的交替耦合作用规律；提出通过瞬态温度场分析法、流体弹性动力学和接触力学综合研究其温升机理和热循环规律，建立耦合器的热动力学模型，找出其失效机理，探讨相关设计准则及其若干影响规律；提出模糊多准则综合评价方法融合多种因素来确定设计变量，建立Kriging模型模拟设计变量与目标函数间的映射关系，改进遗传算法，进行动力耦合器全局优化研究，是一项具有重要学术意义和广泛应用前景的新课题。

结论摘要：

动力耦合器（PSD）是基于差速耦合的混联式传动系的核心部件，本项目针对其长期工作在高转速条件下，力、热、润滑流体相互作用，容易产生发热量大、热平衡失调、高温磨损、异常振动与疲劳失效等问题，提出了多场耦合条件下PSD的设计方法体系。 （1）面向HEV多动力源之间的不同响应特性，研究了三个动力源匹配关系与整车运行模式切换策略，提出了“转矩管理策略+动态协调”控制算法，提高了模式切换的平顺性。通过分析四种常用转矩分配控制策略对混合动力车辆的节能影响规律，得到了适用于混合动力车辆的最优节能控制策略。 （2）为了验证静力学、动力学仿真模型的正确性，搭建了PSD性能测试试验台，结合软件仿真和台架试验，对典型运行工况进行了测试，研究了不同工况模式下的各端子动力学特性。对比分析了不同螺旋锥齿轮和直齿锥齿轮精确建模方法对传动系接触分析精度的影响，得到了PSD整体高精度虚拟样机模型，准确再现耦合性能。 （3）依据HEV实际运行工况，提出了包括PSD多体动力学分析、热-结构耦合分析和润滑油膜数值计算方法；建立了基于热网络分析法的PSD温度场预测模型，研究了温升机理与热循环规律；确立了应力场与温度场、油膜厚度、油膜压力的交替耦合作用规律；从应力、温度及其相互耦合等多方面分析了PSD热平衡失调机理。 （4）基于代理模型，建立了径向基函数模型模拟设计变量与目标函数设计间的映射关系，提出了PSD壳体和PSD传动齿轮的全局优化设计方法，实现了PSD壳体轻量化（保证刚度的前提下）和PSD齿轮的体积、能耗、性能的平衡优化。本项目的研究对于实现PSD可控寿命设计和全局优化设计具有重要的参考价值 （5）针对混合动力汽车特有的多种工作模式，结合Fréchet、Gumbel、Weibull三大极值分布，提出了考虑多动力源特性的分模式极值理论。依托目前精度最高的载荷非参数外推，根据其工况运行平稳、载荷波动较小的特点，提出一种基于核函数的非参数载荷外推新方法。同时引入了阈值确定的新指标，融合自助法和多准则综合评鉴方法，提出了确定阈值的新方法，为编制PSD载荷谱和研究零部件可控寿命设计提供了理论依据。 所形成的多场耦合条件下的HEV中PSD设计方法体系，实现了PSD的数字化设计与全局优化设计，为形成设计标准奠定了理论基础，并大幅促进其产业化进程。