朱鵬威，張彤，劉波波，盧明，陽華萍，翟光勇

?

基于AMEsim的某大功率深度混合動力變速箱液壓系統(tǒng)仿真分析

朱鵬威1，張彤3，劉波波2，盧明1，陽華萍1，翟光勇3

（1.科力遠(yuǎn)混合動力技術(shù)有限公司 變速箱開發(fā)部，上海 201501；2.科力遠(yuǎn)混合動力技術(shù)有限公司 系統(tǒng)控制部， 上海 201501；3.科力遠(yuǎn)混合動力技術(shù)有限公司 研發(fā)中心，上海 201501）

在分析某大功率深度混合動力變速箱液壓控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分別建立系統(tǒng)中各主要控制閥體的仿真模型，并根據(jù)液壓控制系統(tǒng)原理建立某深度混合動力變速箱液壓控制系統(tǒng)模型。以3檔降2檔為例子，進行某深度混合動力變速箱液壓系統(tǒng)換擋過程系統(tǒng)分析。仿真結(jié)果表明，模型輸出結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致，驗證了理論分析和建模方法的正確性，為某深度混合動力變速箱液壓控制系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

大功率混合動力變速箱；液壓控制系統(tǒng)；AMEsim；仿真分析

前言

混合動力變速箱是由雙電機及行星齒輪系統(tǒng)構(gòu)成的能量分流式汽車自動變速箱，依靠電機的驅(qū)動與調(diào)節(jié)以及齒輪傳動組合的方式實現(xiàn)運動與動力的傳遞。依靠行星齒輪系統(tǒng)實現(xiàn)整個變速系統(tǒng)的能量分流以及高效運用。裝有混合動力變速箱系統(tǒng)的車輛起步平穩(wěn)，駕駛感受棒，加速性能好，油耗低。同時具有較好的動力性與低燃油消耗性。[1-2]某深度混合動力變速箱換擋過程的實現(xiàn)是通過整車控制器給出控制信號控制液壓系統(tǒng)驅(qū)動液壓執(zhí)行元件進行動作實現(xiàn)的。分析總成級液壓系統(tǒng)及各液壓閥工作狀態(tài)是開發(fā)液壓控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。[3]AMESim ( Advanced Modeling Environment for Perfor -ming Smiulations of Engineering Systems ) 是法國Imagine公司推出的液壓/機械系統(tǒng)建模、仿真及動力學(xué)分析軟件，利用AMESim軟件可以對自動變速器工作過程進行有效的仿真[2]，也可以利用該軟件系統(tǒng)在液壓領(lǐng)域強大的建模、分析功能。[4-5]

1 某深度混合動力變速箱液壓控制系統(tǒng)分析

某深度混合動力變速箱液壓系統(tǒng)包括油液供給油壓調(diào)節(jié)、電機離合器系統(tǒng)冷卻、齒軸系統(tǒng)潤滑、傳動系統(tǒng)安全保護、離合器換擋操控及離合器換擋品質(zhì)控制等子系統(tǒng)。由于某深度混合動力變速箱液壓控制元件集成度高，油路復(fù)雜。使用換擋操縱油路近似代替某深度混合動力變速箱液壓系統(tǒng)油路進行分析[6]。圖1為某深度混合動力變速箱液壓系統(tǒng)油路原理圖。

圖1 液壓控制系統(tǒng)原理圖

某深度混合動力變速箱液壓控制系統(tǒng)依靠外置電動油泵供油。油泵的轉(zhuǎn)速隨油泵控制電機的轉(zhuǎn)速變化，而電機轉(zhuǎn)速變化由整車控制器根據(jù)整車狀態(tài)進行控制，當(dāng)油泵轉(zhuǎn)速變化時系統(tǒng)流量也隨之發(fā)生變化。進出口流量由油泵轉(zhuǎn)速決定，壓力由液壓閥板進行控制。當(dāng)整車上電以后，液壓閥板電磁控制閥開始通電，離合器開始根據(jù)需求結(jié)合，進行機械傳動。

2 某深度混合動力變速箱液壓控制系統(tǒng)建模

2.1 主壓力調(diào)節(jié)閥

圖2 主壓力調(diào)節(jié)閥原理

某深度混合動力變速箱液壓系統(tǒng)的主調(diào)壓閥一端呈變截面形狀，采用2級截面控制結(jié)構(gòu)，當(dāng)不同的控制反饋油壓作用在其不同截面上是會產(chǎn)生不同的反饋作用力，其作用力與先導(dǎo)反饋力相平衡，其原理如圖2所示。主壓力調(diào)節(jié)閥共有2個反饋油路，即先導(dǎo)電磁閥控制油路、主油路壓力反饋油路，這兩者不同的壓力狀態(tài)可以保證所調(diào)節(jié)出來的主油壓為變速箱不同檔位提供其所需壓力。

在AMEsim軟件中閥芯子模塊只有一端承受液壓力，所以通過設(shè)定平衡子系統(tǒng)的受力面積來平衡模型中因兩端受力而導(dǎo)致系統(tǒng)不平衡的力，以達(dá)到與實際閥體受力相符。根據(jù)主壓力調(diào)節(jié)閥原理，建立的模型如圖3所示。

1.閥芯反饋系統(tǒng)；2.3.閥芯主調(diào)節(jié)系統(tǒng)；4.彈簧系統(tǒng)； 5.閥芯質(zhì)量；6.7.8系統(tǒng)輸入

2.2 壓力限制閥

壓力限制閥本質(zhì)上是一個定值減壓閥，用于提高先導(dǎo)電磁控制閥及電磁開關(guān)閥的入口油壓穩(wěn)定性并保護先導(dǎo)控制電磁閥輸入壓力不超標(biāo)。其原理如圖4所示，輸入壓力端為主油路油壓，輸出載荷端為先導(dǎo)輸入油壓，先導(dǎo)輸入油壓同時也是閥的反饋油路，做為閥的驅(qū)動壓力。

圖4 壓力限制閥原理

根據(jù)壓力限制閥原理，建立如圖5所示的模型。壓力限制閥模型以主油路油壓作為輸入，先導(dǎo)控制油壓做為輸出，依靠閥芯反饋系統(tǒng)也就是先導(dǎo)控制油壓反饋作用于閥芯左端來平衡彈簧的作用力，使閥芯保持動態(tài)平衡。

1.閥芯反饋系統(tǒng)；2.3.閥芯主調(diào)節(jié)系統(tǒng)；4. 彈簧系統(tǒng)； 5.閥芯質(zhì)量；6.7.系統(tǒng)輸入

2.3 檔位切換閥

檔位切換閥本質(zhì)上是一個兩位四通液控滑閥，用于控制液壓系統(tǒng)中駐車活塞及B1離合器的檔位切換。其原理如圖6所示，輸入壓力端為主油路油壓，輸出載荷端1及載荷端2為檔位切換油路，控制油路反油壓是檔位切換閥的控制油路，做為閥的驅(qū)動壓力，用于控制閥芯狀態(tài)切換。

圖6 檔位切換閥原理

根據(jù)檔位切換閥原理，建立如圖7所示的模型。檔位切換閥模型以主油路油壓作為輸入，特定液壓控制元件油壓做為輸出，依靠控制元件專屬控制油路反饋作用于閥芯左端來平衡彈簧的作用力，使閥芯保持動態(tài)平衡。

1.閥芯反饋系統(tǒng)；2.3閥芯主調(diào)節(jié)系統(tǒng)；4. 彈簧系統(tǒng)； 5.6閥芯主調(diào)節(jié)系統(tǒng)；7.閥芯質(zhì)量；8.9.10.11.12系統(tǒng)輸入

2.4 冷卻潤滑油路旁通閥

旁通閥本質(zhì)上是一個單向溢流球閥，用于控制液壓系統(tǒng)中冷卻潤滑油路低溫高壓狀態(tài)時的溢流開啟，以減少潤滑油路高壓時通過散熱器產(chǎn)生的功率損失，并且在冷卻器堵塞的情況下能使冷卻潤滑油路獲得油液。其原理如圖8所示，輸入壓力端為冷卻油路油壓，輸出載荷端1為冷卻器后潤滑油路，冷卻油路油壓做為閥的驅(qū)動壓力。

圖8 旁通閥原理

1.閥芯主調(diào)節(jié)系統(tǒng)；2. 彈簧系統(tǒng)；3.閥芯質(zhì)量；4.5.系統(tǒng)輸入

根據(jù)冷卻潤滑油路旁通閥原理，建立如圖9所示的模型。旁通閥模型以冷卻潤滑油路油壓作為輸入，依靠冷卻潤滑油路系統(tǒng)油壓反饋作用于閥芯左端來平衡彈簧的作用力，使閥芯保持動態(tài)平衡。

2.5 冷卻油路溢流閥

旁通閥本質(zhì)上是一個單向溢流球閥，用于控制液壓系統(tǒng)中冷卻潤滑油路高壓狀態(tài)時的溢流開啟，以防止?jié)櫥吐犯邏簳r對散熱器產(chǎn)生的破壞、防止冷卻油路堵塞產(chǎn)生的超高壓對油泵造成損壞。其原理如圖10所示，輸入壓力端為冷卻油路油壓，輸出載荷端1為油底殼，冷卻油路油壓做為閥的驅(qū)動壓力。

圖10 冷卻油路溢流閥原理

根據(jù)冷卻潤滑油路溢流閥閥原理，建立如圖11所示的模型。溢流閥模型以冷卻潤滑油路油壓作為輸入，冷卻潤滑油路系統(tǒng)油壓反饋作用于閥芯左端來平衡彈簧的作用力，使閥芯保持動態(tài)平衡。

1.閥芯主調(diào)節(jié)系統(tǒng)；2. 彈簧系統(tǒng)；3.閥芯質(zhì)量；4.5.系統(tǒng)輸入

2.6 先導(dǎo)電磁閥

某大功率混合動力變速箱的先導(dǎo)電磁閥采用線性電控比例閥，在結(jié)構(gòu)上有常高與常低兩個基本類型，其原理如圖12所示。輸入電流信號時，閥芯在電磁力的作用下被推動使閥芯產(chǎn)生一定開口度，從而輸出一定壓力油液。進而控制主調(diào)壓閥輸出不同的主油壓。

圖12 先導(dǎo)電磁閥、調(diào)壓電磁閥原理

先導(dǎo)調(diào)壓閥的控制是通過改變控制電流大小，從而改變電磁鐵輸出電磁力的大小，實現(xiàn)對閥口開度的控制。利用AMESIM軟件建立先導(dǎo)電磁閥模型（如圖13），模型中用電流與電磁力的函數(shù)關(guān)系來模擬電磁力對閥芯的作用。[7]

1.5.6系統(tǒng)輸入；2.溢流閥模塊；3.函數(shù)換算輸入模塊； 4.電流換算輸入模塊

圖13 先導(dǎo)電磁閥模型

2.7 比例調(diào)壓電磁閥

比例調(diào)壓電磁閥同樣采用線性電控比例閥，在結(jié)構(gòu)上有常高與常低兩個基本類型，其原理與先導(dǎo)比例電磁閥類似（如圖14所示）。輸入電流信號時，閥芯在電磁力的作用下被推動使閥芯產(chǎn)生一定開口度，從而輸出一定壓力油液。進而控制離合器輸出不同的扭矩。

1.5.6系統(tǒng)輸入；2.溢流閥模塊；3.函數(shù)換算輸入模塊； 4.電流換算輸入模塊

3 某深度混合動力變速箱換擋過程仿真分析

3.1 液壓控制系統(tǒng)模型建立

將前述建立的主油路壓力調(diào)節(jié)閥、壓力限制閥、檔位切換閥、冷卻潤滑油路旁通閥、冷卻油路溢流閥、先導(dǎo)電磁閥、比例調(diào)壓電磁閥的子零部件級仿真模型進行組合并集成，各模型之間通過虛擬油路連接，根據(jù)圖1液壓控制系統(tǒng)原理圖連接各部分，建立起如圖15所示的液壓控制系統(tǒng)的總成級模型[8]。

圖15 液壓控制系統(tǒng)模型

3.2 仿真結(jié)果分析

3.2.1模型驗證

為了驗證仿真模型的正確及準(zhǔn)確性，在模型中輸入線性的電流信號進行仿真(如圖16所示)，得到先導(dǎo)電磁閥輸出油壓、主油路油壓分別如圖17、18所示。

圖16 線性電流信號

圖17 先導(dǎo)電磁閥輸出油壓

圖18 主油路油壓

由仿真結(jié)果可知，在線性的電流信號情況下，先導(dǎo)電磁閥油壓輸出在電磁閥死區(qū)后輸出特性是接近于線性的，從而導(dǎo)致其控制的主油路油壓在電磁閥死區(qū)后輸出特性是接近于線性的，與主油路壓力控制的設(shè)計方向吻合。

3.2.2仿真結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)對比分析

本文以某混合動力變速箱3檔降至2檔的換擋過程為研究對象進行仿真。并將仿真結(jié)果與液壓系統(tǒng)臺架試驗、整箱臺架試驗進行對比分析。

圖19 調(diào)壓閥電流

圖20 主油路壓力變化值

3檔降至2檔的換擋過程的過程本質(zhì)上是B2制動器充油結(jié)合的過程，也就是先導(dǎo)電磁閥電流增加和B2比例電磁閥增加。依據(jù)試驗測到的電流值變化，初步擬定了模型進行仿真測試用的電流變化如圖19所示，并以此做為輸入進行仿真，結(jié)果如圖20、21所示，圖22為試驗中檢測出的3檔降2檔過程中B2制動器控制油壓變化規(guī)律。

圖21 B2比例閥出口壓力變化值

圖22 B2制動器油壓變化規(guī)律

對比圖21、22可知二者輸出結(jié)果總體上趨勢基本一致，誤差在接受范圍以內(nèi)，從而進一步驗證了本文對混合動力變速箱液壓控制系統(tǒng)分析及仿真模型研究方向的正確性。

4 結(jié)語

在對混合動力變速箱液壓控制系統(tǒng)進行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，利用AMEsim軟件分別建立主油路調(diào)壓閥、先導(dǎo)電磁閥、比例電磁調(diào)壓閥等主要液壓系統(tǒng)零部件的仿真模型[9-10]，并根據(jù)實際的液壓控制系統(tǒng)油路原理圖建立了混合動力變速箱液壓控制系統(tǒng)總成級模型，最后進行了3檔降2檔的仿真試驗。仿真結(jié)果表明，仿真模型的輸出結(jié)果與試驗結(jié)果表現(xiàn)出較為良好的一致性，驗證了理論分析和仿真建模的正確性。為混合動力變速箱液壓控制系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計及后期優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

[1] Konrad Reif.BOSCH 傳統(tǒng)動力傳動系統(tǒng)和混合動力驅(qū)動系統(tǒng)[M].北京理工大學(xué)出版社,2015.

[2] 吳光強,孫賢安.汽車自動變速器發(fā)展綜述[J].同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,38(1O):1478-1483.

[3] 李紅勛,朱海天,趙子涵,高龍.基于AMEsim的大功率AT液壓系統(tǒng)仿真分析[J].軍事交通學(xué)院學(xué)報,2003.18(7)43-47.

[4] 陳真,許亮,胡寧,等.自動變速器模擬仿真技術(shù)[J].機床與液壓,2007 (8):204-206.

[5] 胡寧,陳真.基于AMESim的AT液壓控制系統(tǒng)可靠性分析[J].機床與液壓,2011(3):145-147.

[6] 李永堂.液壓系統(tǒng)建模與仿真[M].冶金工業(yè)出版社,2003.

[7] 張英峰,王迎,龐海龍,等.基于AEMSim的大功率自動變速器換擋電磁閥的仿真研究[J].汽車工程學(xué)報,2014,4(4)：267-273.

[8] 孫光輝,方偉榮,姜超.濕式雙離合器動態(tài)充油特性與主油壓相關(guān)性研究[J].機床與液壓,2015,43(8):6O-64.

[9] 張豪陽,李二欠,呂德瑾.基于MATLAB與AMEsim的液壓系統(tǒng)仿真特點[J].煤礦機械,2016.37(7)163-165.

[10] 梁全,謝基晨.液壓系統(tǒng)AMESim計算機仿真進階教程[M].機械工業(yè)出版杜.2014.

Simulation Analysis of High-Power Deep Hybrid Transmission Based on AMEsim

Zhu Pengwei1, Zhang Tong3, Liu Bobo2, Lu Ming1, Yang Huaping1, Zhai Guangyong3

（1.Corun CHS Technology CO., LTD Transmission Development Department, Shanghai 201501; 2.Corun CHS Technology CO., LTD Systems Control Department, Shanghai 201501; 3.Corun CHS Technology CO., LTD R&D Center, Shanghai 201501）

Based on the analysis of the hydraulic control system of a high-power deep hybrid transmission, the simulation models of the main control valves in the system are respectively established, and the hydraulic control system model of a certain depth hybrid transmission is established according to the principle of the hydraulic control system. Taking the 3rd gear and the 2nd gear as an example, the system analysis of the gear shift process of a certain depth hybrid transmission is carried out. The simulation results show that the output of the model is basically consistent with the experimental results, which verifies the correctness of the theoretical analysis and modeling methods and lays the foundation for the development and design of a hydraulic control system for a deep hybrid transmission.

high-power deep hybrid transmission; hydraulic control system; AMEsim; simulation analysis

A

1671-7988(2019)05-116-05

U463.22

A

1671-7988(2019)05-116-05

U463.22

朱鵬威（1993-），男，本科，混合動力變速器液壓設(shè)計工程師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.035