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wDCT液壓控制系統(tǒng)AMESim建模與分析

2018-04-08 02:30戴豐
大眾汽車 2018年12期
關(guān)鍵詞:油路電磁閥離合器

戴豐

上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心 上海 201805

1 前言

濕式雙離合器式自動變速器(wDCT)由電控單元發(fā)出控制信號,推動液壓執(zhí)行元件動作,能同時控制兩臺離合器的運(yùn)作。換擋過程中兩個離合器配合使用,與當(dāng)前擋位相聯(lián)的離合器分離,同時,與目標(biāo)擋位相聯(lián)的離合器接合,在整個換擋期間能確保至少有一組齒輪在輸出動力。DCT能夠消除駕駛員換擋技術(shù)的差異、減輕駕駛強(qiáng)度、提高經(jīng)濟(jì)性和動力性、改進(jìn)舒適性和安全性,因此在自動變速領(lǐng)域具有強(qiáng)大的競爭力和廣闊的應(yīng)用前景。

液壓控制系統(tǒng)作為wDCT的關(guān)鍵子系統(tǒng),通過泵源提供足夠流量的油液和壓力,實(shí)現(xiàn)擋位自動控制、離合器自動控制、冷卻與潤滑控制,主要分為主油路、冷卻潤滑油路、離合器控制油路、換擋油路四個部分。主油路實(shí)現(xiàn)主油路流量和壓力的控制,冷卻潤滑油路實(shí)現(xiàn)離合器冷卻潤滑、齒軸冷卻潤滑、液壓油本身冷卻,離合器控制油路實(shí)現(xiàn)對離合器的打開與關(guān)閉,換擋油路實(shí)現(xiàn)對擋位的控制。一個完善的液壓控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性,仿真技術(shù)已被業(yè)界廣泛認(rèn)作液壓元件或系統(tǒng)設(shè)計階段的必要手段。因此,對液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行建模和分析非常必要。

目前,對wDCT液壓控制系統(tǒng)的研究主要集中于雙離合器控制、電磁閥特性、邏輯閥特性等。秦大同等[1]建立了電控機(jī)械式自動變速器和雙離合器自動變速器的離合器起步統(tǒng)一動力學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)了AMT 和DCT 統(tǒng)一的離合器最優(yōu)起步控制。鐘圓等[2]建立了濕式DCT離合器壓力控制系統(tǒng)模型,提出了DCT換擋過程中離合器壓力控制策略。張德明[3]建立了離合器油道特性模型、離合器油腔充油特性模型以及電液比例閥的數(shù)學(xué)模型,對油腔容積變化時對離合器管道特性的影響、管道直徑、油腔容積對充油時間的影響進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。朱波等[4]分析了液壓系統(tǒng)的直接控制電磁閥的結(jié)構(gòu)原理,并對其進(jìn)行分解建立了精確的系統(tǒng)模型。秦娜等[5]對其液壓控制系統(tǒng)中主要壓力控制滑閥進(jìn)行了建模仿真,闡述了控制參數(shù)對液壓系統(tǒng)的影響。

本文利用AMESim軟件對wDCT液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行整體建模與分析,利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證,得到了液壓控制系統(tǒng)的高精度仿真模型,對液壓控制系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)提供了建議和指導(dǎo)。

2 wDCT液壓控制系統(tǒng)建模

wDCT液壓控制系統(tǒng)通過壓力比例閥和流量比例閥的共同作用,實(shí)現(xiàn)快速和準(zhǔn)確的壓力控制和流量控制,某型wDCT液壓控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 某型wDCT液壓控制系統(tǒng)原理圖

泵源系統(tǒng)應(yīng)用機(jī)械泵1和電子泵2組合而成的混合泵,機(jī)械泵持續(xù)工作,電子泵按需工作,減小機(jī)械泵體積的同時可滿足不同工況下的壓力和流量需求。通過wDCT控制單元(TCU)預(yù)先給定的壓力信號,利用壓力比例閥5控制主油路壓力,同時控制滑閥6閥芯向左移動,使油液進(jìn)入冷卻潤滑油路。通過滑閥9來控制整個系統(tǒng)中液壓油在潤滑和冷卻油路中的流量分配。通過壓力比例閥12控制奇數(shù)離合器的分離和接合,從而達(dá)到動力的傳遞和斷開,偶數(shù)離合器的控制方式也一樣。通過壓力比例閥13和流量比例閥14的串聯(lián),實(shí)現(xiàn)換擋執(zhí)行器的動作。

閥體總成主要分為主油路、冷卻潤滑油路、離合器控制油路、換擋油路四個部分,各個部分的工作說明如下:

(1)主油路工作說明如下:

液壓油在油泵的作用下將流向主油路內(nèi)的主油路壓力控制閥,該閥可以通過控制主油路調(diào)壓滑閥閥芯移動控制主油路壓力,當(dāng)主油路壓力超過一定限度,將導(dǎo)致減壓閥打開適當(dāng)降低主油路壓力,保證主油路壓力不會過高;如果主油路調(diào)壓滑閥在高壓下打開過快,該滑閥會打開某通道使主油路釋放一部分油液到油泵的吸油口,這樣就限制了主油路中的最大壓力。減壓閥和主油路調(diào)壓滑閥共同控制著主油路壓力使得這個壓力不會過大也不會過小。

(2)冷卻潤滑油路工作說明如下:

主油路壓力建立起來之后,通過主油路調(diào)節(jié)滑閥的調(diào)節(jié),油液流向冷卻潤滑油路。冷卻潤滑油路的油液分開兩路,一路通向離合器潤滑油路,一路通向帶有油冷器的冷卻油路。同時,冷卻潤滑油路上設(shè)置安全閥,防止該油路壓力過高。當(dāng)壓力過高時,安全閥打開,釋放一部分油液到油泵的吸油口。電磁閥推動離合器潤滑調(diào)節(jié)閥的閥芯,控制通向離合器潤滑油路的流量。油冷器的設(shè)置可以保證整個液壓系統(tǒng)的油液溫度不會過高。

(3)離合器控制油路工作說明如下:

離合器控制油路分為奇數(shù)油路和偶數(shù)油路,每個控制油路由壓力電磁閥、減震器、壓力傳感器組成,電磁閥控制壓力,減震器吸收壓力沖擊,壓力傳感器反饋壓力信號,組成一個離合器控制的閉合回路。兩個控制油路相對獨(dú)立,當(dāng)一個控制油路有故障的時候,另一個控制油路仍可以正常工作而不受影響。

(4)換擋油路工作說明如下:

通過壓力比例閥和流量比例閥的串聯(lián),給換擋執(zhí)行器提供壓力和流量,從而推動換擋活塞動作。通過組合共有8種工作狀態(tài),奇數(shù)擋位和偶數(shù)擋位互為分開,最多可對應(yīng)7個前進(jìn)擋和1個后退擋。

此外,還包含一些輔助部分,主要包括由油泵組成的泵源部分,吸濾器、壓濾器等組成的過濾部分,以及供給齒軸飛濺潤滑的部分等等。

比例電磁閥作為整個系統(tǒng)的核心零部件,起著關(guān)鍵作用,比例閥模型的準(zhǔn)確與否,直接影響到整個系統(tǒng)的仿真精度。比例閥是電磁閥內(nèi)比例電磁鐵輸入電壓信號產(chǎn)生相應(yīng)動作,使閥芯產(chǎn)生位移,閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例壓力、流量輸出的元件,閥芯位移以機(jī)械、液壓或電等形式進(jìn)行反饋。DCT液壓控制系統(tǒng)中常見比例閥分為開關(guān)閥、壓力比例閥、流量比例閥三種,其中壓力比例閥又可細(xì)分為常高型(NH)和常低型(NL)。比例閥主要由電磁部分和閥芯部分組成,電磁部分產(chǎn)生電磁力,推動閥芯動作。電磁力由輸入電流和閥芯位移決定,這部分主要根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)生成一張三維查詢表供建模時使用。試驗(yàn)結(jié)果顯示,電磁力與電流和閥芯位移的關(guān)系如下:電磁力隨著電流增大而增大,同時隨著閥芯位移的增大而減小。

圖2 主油路壓力曲線仿真與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

壓力比例閥和流量比例閥的電磁部分相同,但閥芯部分結(jié)構(gòu)區(qū)別較大,根據(jù)閥芯部分的具體結(jié)構(gòu),分別針對NH、NL壓力比例閥及流量比例閥,利用AMESim進(jìn)行建模。由NH、NL壓力比例閥PI曲線、流量比例閥QI仿真與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比可以得到,仿真曲線與試驗(yàn)曲線重合度較高,比例閥仿真模型精度較高。以比例電磁閥模型為基礎(chǔ),同時通過對各個滑閥的建模,共同組成wDCT液壓控制系統(tǒng)模型?;谝簤嚎刂葡到y(tǒng)模型,仿真得到的主油路壓力與主油路比例閥的控制電流之間的關(guān)系曲線,同時與試驗(yàn)數(shù)據(jù)做比較,如圖2所示。由圖可知,兩者曲線趨勢一致,對比曲線重合度較高,進(jìn)一步驗(yàn)證液壓控制系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性。

圖3 怠速工況下發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與油泵流量曲線

3 wDCT液壓控制系統(tǒng)工況仿真分析

以建立的wDCT液壓控制系統(tǒng)模型為基礎(chǔ),進(jìn)行液壓控制系統(tǒng)工況仿真分析。以發(fā)動機(jī)啟動怠速工況為例,仿真條件如下:油溫為90℃,主油路比例閥控制電流為0.8A,潤滑油路比例閥控制電流為0A,整個過程中無換擋動作和離合器動作,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速曲線以及得到的油泵出口流量曲線如圖3所示,仿真時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速曲線與發(fā)動機(jī)啟動時的實(shí)際曲線一致。此工況下主油路壓力動態(tài)曲線,以及冷卻與潤滑油路流量的分配關(guān)系如圖4所示。

圖4 怠速工況下主油路壓力與冷卻潤滑流量分配關(guān)系

主油路壓力到達(dá)穩(wěn)定值后,離合器油路和油冷器油路的冷卻潤滑流量曲線趨勢一致,穩(wěn)定值的比值約為1.45,與實(shí)際測量比值1.46基本一致,進(jìn)一步驗(yàn)證了整個模型的準(zhǔn)確度。冷卻潤滑油路的流量比值對整個系統(tǒng)的流量分配、泵源選型有著非常重要的作用。

4 結(jié)論

本文以比例閥模型為基礎(chǔ),對wDCT液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行整體建模與分析,得到如下結(jié)論:

(1)通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較,得到了高精度的比例閥模型和wDCT液壓控制系統(tǒng)模型。

(2)以wDCT液壓控制系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行工況仿真分析,得到了離合器油路和油冷器油路的冷卻潤滑流量比值,該比值對整個系統(tǒng)的流量分配、泵源選型有著非常重要的作用。

(3)高精度的wDCT液壓控制系統(tǒng)模型,為液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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