随着车辆传动系统结构的日益复杂化以及对其传动性能要求的不断提高,超越离合器已逐渐成为了简化系统构造、提高综合传动性能的有效手段,被广泛应用于自动变速器等主传动装置中。可控超越离合器是具有可控功能的超越离合器,增强超越离合器的功能性,打破其功能单一的局限性,与摩擦离合器相比,具有诸多优势,正逐步被应用于传动系统的改造中。然而受结构限制,现有多数可控超越离合器难以独立完成对同一传动路线上多工作模式的控制,需配备摩擦离合器与之协同工作,增加了系统复杂性。因此,有必要研究新型可控超越离合器,以便更好地适应车辆传动系统的使用需求。此外,可控超越离合器并非孤立存在于车辆传动系统中,从动力学的角度看,处于稳态的自动变速器是一个由超越离合器与齿轮机构所组成的分段光滑动力系统(即可控超越离合集成系统),系统中包含了间隙等强非线性因素,部件之间蕴含着复杂的动力耦合关系。为反映此类系统的混沌等非线性特性,并初步获得在考虑非线性因素的前提上指导系统设计的一般性动态设计准则,就必须在考虑非线性因素的前提下,建立系统的非线性动力学模型,对其非线性行为及模型结构、参数条件等影响规律进行研究。基于此,本文以自动变速器中的可控超越离合器和齿轮机构为研究对象,从可控超越离合集成系统的设计方法与非线性特性这两个层面,开展了以下研究工作：为体现可控超越离合器在结构与设计方法上的差异,本文根据“从动端能否彻底分离于主动端与控制装置”的关键特征,将可控超越离合器定义为“控制分离型”与“控制非分离型”两类。针对现有多数可控超越离合器难以实现主、从动端彻底分离的难题,提出一种适用于对典型超越离合器进行可控化改造的控制分离型设计方法。并采用该方法对一种新型控制分离型离合器进行了设计研究；依据静态自锁原理,获得该离合器的静态自锁条件,同时基于Hertz与有限元理论进行了参数设计与强度校核。为从理论上初步论证所设计的新型离合器的动态性能指标,及其所特有的控制分离功能是否符合设计要求,建立了考虑碰撞等动态因素的系统动力学模型。借助仿真手段,分析了动、静态自锁条件之间的差异,并确定了保证离合器稳定运行,且动态性能指标符合设计要求的楔角等主要参数。通过对比研究,获知“主动环驱动方式”有利于减轻离合器的损耗,证明了“控制环与楔块环的联合控制方式”对于实现控制分离功能的必要性,确定了新型离合器的制造方案。为采用解析谐波平衡法对可控超越离合集成系统非线性特性进行分析,应用Galerkin过程独立推导出超越离合器非线性函数的描述函数。为解决在谐波平衡计算中所遇到的复杂非线性代数方程组高维迭代初值难以确定的问题,基于“网格分区”思想,提出一种新型Broyden网格迭代算法。同时,使用机理建模法,建立了稳态工况下组成自动变速器的两个基本“可控超越离合集成系统”考虑间隙等非线性因素的无量纲化动力学模型。采用Broyden网格迭代算法对该系统进行谐波平衡计算,获得了反映该系统软弹簧特性、多值解等非线性特征的幅频特性曲线,并依据Floquet理论得到了有关系统稳定性的信息。为采用数值积分法全面地考察配置方式等因素对可控超越离合集成系统综合性能的影响,给出了评价此类系统的性能指标。使用分岔图、时域图、相轨迹以及Poincare映射等工具,描述了此类系统随系统激振频率变化时的分岔规律以及通向混沌的途径,从理论上揭示了此类系统复杂的非线性动力学性态。同时,系统地分析了配置方式、模型结构以及参数条件的影响规律,获得对此类系统设计具有一定指导意义的动态设计准则。为验证所设计的新型离合器的动态性能指标及功能是否满足设计要求,同时为满足在后续将要开展的可控超越离合集成系统半实物仿真的实验需求,基于所提出的“多机模式的RTWT半实物仿真系统构架”,设计开发了“可控超越离合集成系统半实物仿真实验台”。通过实验研究,验证了新型离合器的动态性能指标符合设计要求；获知当采取“控制环与楔块环联合控制方式”时,从动环与主动环、控制环可彻底分离,并能有效抑制残余转矩,证明了该控制方案的有效性与可靠性。通过对实验与仿真结果的综合分析,证明了所提出的可控超越离合器控制分离型设计方法的正确性与有效性。