周章遐 馬靜 姚書濤 李曉宇 楊林

哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司技術(shù)中心 黑龍江省哈爾濱市 150060

1 引言

自動變速器通過控制不同檔位組合離合器的接合與分離實現(xiàn)檔位切換，自動變速器電液控制單元因液壓傳遞較大扭矩的優(yōu)越性及電子控制的靈活性、高精度、成本合理等優(yōu)勢得到了廣泛的應(yīng)用，液壓控制系統(tǒng)主要由給系統(tǒng)提供油液的液壓油泵、控制自動變速器換擋邏輯的液壓閥體總成、為自動變速器平穩(wěn)傳遞動力的液力變矩器組件、為液壓油提供傳遞油道的殼體油路等組成。

液壓控制系統(tǒng)主要功用是為液力變矩器傳遞動力提供液壓介質(zhì)并進行滑膜控制，為自動變速器提供邏輯換擋執(zhí)行機構(gòu)和介質(zhì)，為自動變速器機械傳動零件提供冷卻潤滑保護。故液壓控制系統(tǒng)的性能直接影響到汽車的換擋品質(zhì)、經(jīng)濟性及動力性等整車性能。

2 電液控制單元組成

2.1 壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

電液控制單元可根據(jù)系統(tǒng)的需求，調(diào)節(jié)輸出系統(tǒng)適應(yīng)的壓力。

因油泵由發(fā)動機直接驅(qū)動，所以其理論泵油量與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成正比，發(fā)動機高速時，泵油量多，主油壓高，引起換擋沖擊且泵油消耗功率增大，發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時，泵油量少，主油路壓力低，引起制動器、離合器打滑。為了滿足車輛不同工況的需求，根據(jù)車輛的行駛檔位，主油路壓力作用在A、B、C位置，從而使主調(diào)壓閥將來自油泵的液壓壓力保持在特定的壓力下，如圖1。

自動變速器的系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)是通過力平衡原理進行穩(wěn)定壓力輸出，即

式中：Plp為自動變速器系統(tǒng)壓力，MPa；

S1為系統(tǒng)壓力作用面積，mm2；

Fspring為彈簧力，N；

Pfd為反饋壓力，MPa；

S2-S3為反饋壓力作用面積差，mm2；

自動變速器系統(tǒng)油壓調(diào)壓原理如圖3.1所示，自動變速器通過電磁閥調(diào)節(jié)7處反饋壓力實現(xiàn)自動變速器的壓力可控調(diào)節(jié)。

同時在自動變速器液壓單元中為降低能耗提高效率可對控制電磁閥供給壓力進行限壓設(shè)計；根據(jù)發(fā)動機負荷的變化，改變變矩器油壓，保證液力變矩器可靠地傳遞發(fā)動機的扭矩。

2.2 換擋閥系統(tǒng)

根據(jù)行駛工況需求，切換油路，使離合器制動器組合工作，實現(xiàn)變速器不同速比傳遞動力。

2.3 換擋信號元件

換擋信號元件主要為液壓控制單元的各種類型電磁閥，可依據(jù)功能需求實現(xiàn)電信號到油壓及機械動作的控制。

2.4 緩沖安全系統(tǒng)

為提高自動變速器換擋質(zhì)量和安全，減輕換擋沖擊，在自動變速器的液壓控制系統(tǒng)中設(shè)計有起到緩沖和安全作用的零部件。如自動變速器蓄能器組件及限壓保護機構(gòu)等。

2.5 液力變矩器控制系統(tǒng)

液力變矩器控制系統(tǒng)主要有兩個作用：一、控制液力變矩器鎖止離合器的工作；二、提供具有一定壓力的液壓油，同時將高溫液壓油引出加以冷卻，冷卻油部分供給行星齒輪機構(gòu)潤滑。

3 建模仿真分析

3.1 模型搭建

為研究和設(shè)計高性能的自動變速器電液控制單元，單純采用傳統(tǒng)制作樣件后試驗驗證的設(shè)計方法費工費時，更改參數(shù)困難，利用仿真技術(shù)進行參數(shù)分析選擇后制作試驗樣件驗證，然后進行結(jié)果修正可極大提高設(shè)計效率及可靠性，本文以液壓仿真AMESim作為仿真平臺對電液控制單元進行建模仿真分析，研究電液控制單元的壓力流量特性，邏輯工作原理及靜態(tài)響應(yīng)及動態(tài)響應(yīng)等。

AMESim仿真平臺具有豐富的功能元件庫，本文主要以液壓設(shè)計專用HCD庫，機械庫，控制信號庫搭建模型，這些庫通過結(jié)構(gòu)單元的細分來處理物理元件的多樣性，本文按照自動變速器電液控制單元的工作原理（如圖2）搭建仿真模型（如圖3），并依據(jù)設(shè)計經(jīng)驗及計算設(shè)計仿真參數(shù)，調(diào)試模型并進行優(yōu)化。

3.2 電磁閥建模分析

基于AMESim建立直驅(qū)常低VFS電磁閥模型（如圖4），參數(shù)設(shè)置由公式計算及經(jīng)驗值給出，其中以電磁特性擬合出控制電流的電磁力輸出，控制信號以0-1000mA輸出進行仿真分析。

以電磁閥輸入壓力分別為8bar、10bar、14bar進行仿真分析，分析電磁閥在不同供給壓力下的壓力輸出特性，從仿真分析結(jié)果可知電磁閥在不同供給壓力下最大輸出壓力與輸入壓力相等，低供給壓力電磁閥達到全開的電流較小，高供給壓力下電磁閥達到全開的電流偏大。

直驅(qū)VFS電磁閥的Underlap設(shè)計直接影響電磁閥的調(diào)壓性能，電磁閥Underlap定義如圖6所示，分為正向Underlap及負向Underlap，

依據(jù)平衡力：Fd=Ff+Fs，其中Fd為電磁閥電磁力，F(xiàn)f為電磁閥反饋壓力，F(xiàn)s為電磁閥彈簧力，在underlap開啟臨界狀態(tài)前，只有彈簧力與電磁力；在underlap開啟臨界狀態(tài)下，彈簧力不變Fs=3.38，只有電磁力和反饋力決定；在underlap開啟臨界狀態(tài)后，只有彈簧力與電磁力。即輸入壓力8bar時underlap調(diào)壓電磁力要比輸入壓力10bar時underlap調(diào)壓電磁力小，underlap開啟之后，反饋力不變Ff，電磁閥力及彈簧力發(fā)生改變，8bar時，underlap開啟的電磁力8.84N，10bar時，underlaplap開啟的電磁力10.205N，14bar時，underlap開啟的電磁力12.9N。

經(jīng)過實機試驗驗證與仿真結(jié)果進行對比分析，壓力特性重合度較高，模型輸出結(jié)構(gòu)可輔助設(shè)計。

4 結(jié)語

本文主要對電液控制單元的工作原理進行介紹，并依據(jù)其工作原理搭建電液控制單元模型，以公式計算及經(jīng)驗設(shè)置仿真參數(shù)，匹配調(diào)整設(shè)計參數(shù)，并著重對電磁閥的性能指標及壓力特性進行分析，并將試驗結(jié)果與仿真結(jié)果進行參數(shù)修正，驗證模型準確性，為電磁閥設(shè)計及選型提供輔助，縮短研發(fā)周期及設(shè)計成本。