干式离合器效率高、结构紧凑,广泛应用于汽车变速器旋转部件的分离与结合。机电执行机构控制精度高、响应快,是极具潜力的新型离合器执行机构。为了实现离合器的分离与结合,离合器执行机构需要提供较高扭矩(或较高压力),功耗较大,是紧凑空间中应用机电执行机构的一个挑战。为了降低功耗,本论文提出了一种新的随动助力式机电执行机构,该机构可在离合器操作全程提供助力,而且助力值随着离合器行程增大而逐渐增大,既降低执行电机的扭矩需求,又有效减少功率需求。本论文对该机构的设计、动态响应及其应用于换挡的控制策略进行研究。本论文设计的机构由直流电机、丝杠螺母、预紧弹簧、杠杆等组成,与传统的预紧弹簧助力机构的设计不同,本论文将预紧弹簧与丝杠螺母的运动方向垂直布置,使得预紧弹簧作用力的方向随着电机输出轴的位移而改变,从而具有随动助力特性。即在初始状态时,弹簧力与运动方向垂直,助力为零;随着离合器行程增大,预紧弹簧转角增大,来自于弹簧的有效助力也逐渐增大,预紧弹簧储存的能量逐渐释放,可避免普通弹簧助力机构在初始时刻带来的冲击,并满足离合器负载特性需求。本论文建立了随动助力执行机构的动力学模型,仿真分析了随动助力机构在降低电机扭矩需求、节省电机输出功率和减少能量损失方面的特性,并开发了实验原型机,仿真分析结果得到实验验证仿真结果。与普通的杠杆式执行机构相比,随动助力机构电机转矩降低了23.9%,电机功率损耗降低了38.7%,电机输出功率降低21.9%,经历一次典型的离合器结合过程,累计能量消耗减少了30.1%。双离合器变速箱(DCT)多采用常开式离合器,而常开式离合器的膜片弹簧刚度具有强非线性,并存在一段负刚度区域,该区域常对应离合器的滑摩状态。由于负刚度可造成离合器执行机构的动态特性不稳定,本论文针对膜片弹簧刚度非线性问题,对随动助力机构的稳定性进行了分析,得出助力弹簧预紧力与膜片弹簧负刚度是导致系统不稳定的主要因素的结论。离合器执行机构必须主动调节膜片弹簧的形变,才能使得系统稳定,以得到良好的动态性能。在离合器到离合器的换挡过程中,惯性相的控制是影响换挡性能的关键。本论文将随动助力机构应用于干式DCT中,针对换挡过程惯性相设计自适应内模控制策略,减少了离合器转速差的跟踪误差,进而减少换挡惯性相产生的扭矩冲击。内模控制通过对被控对象求逆的方式实现前馈控制,以模型输出和被控对象输出之间的差作为反馈,控制结构直观,是跟踪控制中较为理想的控制方法。本论文针对传统内模控制设计中滤波函数带来的滞后问题,利用参考曲线可微分的特点,设计超前校正控制,减少内模控制前馈环节的跟踪误差。本论文设计了干扰补偿器,对已知干扰进行前馈补偿,减少干扰带来的误差。针对离合器正压力随行程变化非线性以及摩擦系数时变带来的问题,本论文设计自适应控制策略,实时对离合器摩擦系数等参数进行辨识,提高控制器的鲁棒性,改善了换挡品质。本文提出的自适应内模控制与传统内模控制相比,速度跟踪误差降低了45%,车辆冲击度减少了25%。本论文还研究了各种参考速度曲线、不同发动机扭矩、不同摩擦系数等带来的影响。当控制器模型参数不准时,自适应控制可以修正控制器参数,提高控制器鲁棒性,与没有自适应的内模控制相比,其速度跟踪误差降低了35%,车辆冲击度减少了20%。与传统的PID闭环控制相比,自适应内模控制可以适应不同的发动机转矩和不同的参考曲线,并在离合器参数变化时,有更强的鲁棒性,从而获得更好的跟踪效果和换挡特性。综上,本论文围绕着随动助力机构的设计、分析与控制展开研究,主要内容包括:1)设计了一种新的随动助力式机电执行机构,降低了电机力矩需求和功率需求,对机电执行机构的工程应用具有重要意义。2)研究了膜片弹簧负刚度区域带来的不稳定性问题,得到系统稳定的条件。3)设计了自适应内模控制方法,减少了惯性相离合器转速的跟踪误差,改善了换挡品质。