金属带式无级变速器(Continuously Variable Transmission,CVT)的速比通过执行机构的调节可以在一定范围内连续变化,从而能够使发动机更多的工作在理想的工作区域,达到改善汽车动力性和经济性的目的。目前CVT的执行机构多为电控液压系统,由于CVT的速比控制和夹紧力控制对液压系统的流量和工作压力有较高的要求,使得液压系统要消耗较多的功率,是CVT传动效率较低的原因之一。电控电动执行机构消耗的能量相对较少,因此研究采用电控电动执行机构代替电控液压执行机构的机电控制CVT,对于提高CVT的传动效率具有重要的理论和现实意义。本文以一种双电机机电控制CVT的电控电动执行机构为研究对象,以改善CVT的工作性能为目标,开展了基于该机电控制CVT执行机构的设计方法与控制方法的研究,具体研究内容如下:(1)首先比较分析了电液控制CVT、单电机机电控制CVT和双电机机电控制CVT结构和工作原理的相同之处和不同之处,可知三种CVT都是基于金属带式无级变速装置的,但是采用了不同的执行机构。然后对金属带式无级变速装置的传动机理进行了分析,说明了CVT各组成部分之间的运动学和力学关系。最后为了说明双电机机电控制CVT在传动效率方面的优势,建立了简化的CVT传动效率计算模型,在ECE和EUDC工况下比较了三种CVT的传动效率,比较发现电控电动执行机构消耗的能量明显少于电控液压执行机构,单电机机电控制CVT由于从动带轮夹紧力不可调的原因,其传动效率并不是很理想,而双电机机电控制CVT的传动效率相对其他两种CVT的传动效率更高,因此对于双电机机电控制CVT电控电动执行机构的研究是必要的。(2)本文对机电控制CVT的电控电动执行机构进了设计和优化。首先分析了电控电动执行机构主要零部件的特性,包括直流电动机、齿轮副、丝杆螺母机构和碟形弹簧。然后在发动机和无级变速装置参数选定的前提下,以动力可靠传递和CVT的能量损失最少为目标,设计了双电机机电控制CVT执行机构的结构性能参数,并通过仿真验证了所设计参数的有效性。然而单纯根据发动机输出转矩设计的双电机机电控制CVT执行机构,在循环工况下存在从动带轮夹紧力可调范围小的问题,基于此问题对双电机机电控制CVT执行机构进行了优化设计,统计分析多种循环工况下从动带轮需求夹紧力,调整了各变形量下碟形弹簧的目标弹力,然后利用遗传算法对执行机构进行了优化设计,仿真分析发现,优化后从动带轮夹紧力可调范围明显增大,最大处增大了约83%。(3)本文分别建立了双电机机电控制CVT速比控制执行机构模型和从动带轮夹紧力控制执行机构模型,并利用MATLAB/Simulink搭建了双电机机电控制CVT的仿真模型。仿真分析了双电机机电控制CVT的速比和从动带轮夹紧力的动态响应特性:速比和从动带轮夹紧力能够很好的被控制,执行机构电动机的输入电压和输出转矩存在突变的现象,而输出转速和负载转矩变化相对平滑。对速比和从动带轮夹紧力动态响应的影响因素进行了仿真分析,发现速比响应速度与速比变化方向有关,并且随着从动带轮夹紧力的变化,速比的响应速度也随之发生变化,另外初始速比对速比响应基本没有影响,从动带轮夹紧力动态响应受到速比和初始主动带轮夹紧力的影响。(4)针对双电机机电控制CVT自身的特性和汽车对它的要求,对它的控制方法进行了研究。设计了基于PID改进算法的速比控制器,应用了微分先行和积分分离的方法;设计了基于自抗扰控制技术的从动带轮夹紧力控制器,包括过渡过程、跟踪微分器、非线性状态误差反馈控制器和扩张状态观测器;并通过仿真证明了PID改进算法和自抗扰控制技术在双电机机电控制CVT中的有效性。双电机机电控制CVT的速比控制和从动带轮夹紧力控制之间存在耦合关系,基于该耦合关系提出了一种速比控制策略,以提高机电控制CVT的速比响应速度,仿真结果表明基于耦合特性的速比控制策略在速比增大时响应速度提高了14%。机电控制CVT连续速比控制策略下,微小的节气门或车速波动,都会引起速比的波动,这对变速器和汽车都是不利的,为了解决该问题,提出了速比分级控制策略,并对机电控制CVT速比分级控制策略进行了仿真分析,结果表明速比分级控制策略能够有效的消除速比波动的问题,并且没有对整车性能产生不良的影响。(5)搭建了基于MATLAB/Simulink和DSPACE的单电机机电控制CVT试验台架,应用该试验台架,对单电机机电控制CVT的传动效率进行了实验研究,并与电液控制CVT硬件在环试验台获得的电液控制CVT的传动效率进行了比较,从侧面验证了双电机机电控制CVT在传动效率方面的优势;通过台架试验对单电机机电控制CVT的速比响应特性进行了研究,验证了文中的PID改进控制算法和自抗扰控制算法,间接说明了双电机机电控制CVT电控调动执行机构在速比控制和从动带轮夹紧力控制方面的可行性。