湿式双离合器压力控制系统研究

湿式双离合器压力控制系统研究

辛明厚,郭晓林,孙 伟,陈德民,武东民,陈 赣

Researc h on pressure contro l syste m of wet dua-l cl utc h

X IN M i n g-hou,GUO X iao-lin,SUN W e,i CHEN De-m in,WU Dong-m in,C H EN G an

(装甲兵工程学院机械工程系,北京 100072)

摘 要:对湿式双离合自动变速器液压系统组成及其工作原理进行深入剖析,并利用AMES i m软件对主压力控制系统及离合器压力控制系统进行仿真研究,从而明确各分系统的工作原理与工作特性。通过台架实验验证了建模仿真的正确性,进一步研究了压力控制系统的静态响应特性,为下一步控制策略的制定及控制系统的设计开发提供了依据。

关键词:AM ESi m;双离合器;液压系统;仿真

中图分类号:U463.51 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2011)01-0033-05

双离合自动变速器(DCT)是一种新型的自动变速器,它将变速器挡位按奇、偶数分别布置在与两个离合器所联接的两个输入轴上,通过离合器的交替切换完成换档过程,实现动力换档[1]。DCT与液力自动变速器、金属带式无级自动变速器及电控机械式自动变速器相比具有较大优势,一方面提高了车辆动力性能,另外它增加了车辆的行驶经济性和舒适性[2]。

1 DCT液压系统工作原理

在湿式双离合自动变速器中,换档控制与离合器压力控制均是由液压系统完成的。而其液压系统根据其功能的不同可以分为以下几个分系统:主压力控制系统、冷却润滑系统、离合器压力控制系统和挡位控制系统。DCT液压系统原理如图1所示。

DCT液压泵采用的是内啮合齿轮泵,它安装在变速器的后方,发动机直接驱动液压泵,为整个系统提供压力油液。在泵压力输出处安装有机械式限压安全阀,在压力大于限定压力时,该阀会打开,油液进入回油油路,达到泄压的目的。

主压力调节系统(主压力滑阀、N217高速电磁阀、节流孔等)控制着主油路压力,它能根据换换挡策略等控制规律的需要输出合适压力。N217为高速电磁阀,是主压力滑阀的先导阀,它输入的占空比控制着主压力滑阀的位置,从而控制着整个液压系统的主压力。

冷却润滑系统实际上由两个系统组成,一个负责变速器机械部分的润滑,包括齿轮传动部分及双离合器等,另一个是双离合器的冷却系统,由于双离合器在起步、换挡等过程当中有滑磨,会产生一些热量,为保证双离合器的正常工作必须有合适的冷却系统。安装于离合器出油口的温度传感器可以检测到双离合器的温度,此信号将反馈于控制单元,控制单元经过计算将控制信号输出至高速电磁阀N218,N218是离合器冷却机油滑阀的先导阀,因此反馈信号通过它可以完成对流量的控制。

收稿日期:2010-11-18

作者简介:辛明厚(1984 ),男,辽宁庄河人,硕士研究生,主要从事车辆工程方面的科研工作。

离合器压力控制系统由安全滑阀、高速电磁阀、比例压力阀组成,整体控制思路如下:在主压力控制阀对压力进行调整之后,安全滑阀对离合器油路的压力进一步调整,再由比例压力阀对离合器的压力进行精确控制,作用于离合器活塞的压力,使摩擦片产生轴向位移。轴向配有复位弹簧,能够实现离合器的接合与分离。

下面对主压力控制系统与离合器压力控制系统进行重点分析,它们在DCT液压系统中起着至关重要的作用。

2 主压力控制系统

主压力控制系统结构如图2所示,其仿真模型如图3所示。N217为高速电磁阀,是主压力滑阀的先导阀。

图1 DCT 液压系

统原理

图2

主压力控制系统结构原理图

图3 主压力控制系统模型图2中的5、3结构对应图3中的c 、d ,为滑阀开度,滑阀其余部分采用阀腔模块进行搭建,a 为液压泵插值模块,利用实验数据进行插值。b 代表节流孔,e 用来模拟图2中2处弹簧活塞结构。该仿真模型从结构上尽可能地还原滑阀的实际尺寸。输入P WM 信号为50HZ ,高速电磁阀采用理想模型,即不考虑电磁铁及物理响应滞后的影响。

图4为主压力控制系统的控制压力对输入占空比的响应曲线。从图4可以看出主压力随着占空比输入的增大而减小,其中占空比在20到60一段的线性度较好。有利于电控系统对主压力的控制。高速电磁阀

N217为常闭式高速电磁阀,即当无P WM 信号输入情况下N217处于关闭状态,该状态下,滑阀主要受到左右两端压力及弹簧力的作用,这三个力平衡,滑阀处于静止状态,

停留在阀体左侧。

图4 压力占空比响应曲线

当N217输入P WM信号之后,N217逐渐趋于开

启,进油口经过N217进行卸油,如图2所示,消耗于

节流孔6、7上的压力降增大,2处压力降低,从而破坏

了滑阀的平衡状态,并使其向右移动,此时,3处与5

处滑阀开度打开,进油口通过这两处卸压,即主压力降

低,从而达到了控制主油路油压的目的。

另外主压力控制系统还起到了稳压的作用。如,

在N217无输入情况下,它能使系统的主压力保持在2

M Pa左右。如图5所示,在仿真中使发动机转速从

1200r/m i n阶跃到2000r/m in,N217输入占空比为0,

图6为主压力变化曲线,主压力随着发动机转速阶跃

产生一个阶跃的波动,但是它并没有稳定在阶跃的最

高点迅速恢复到原来的压力。

图5 发动机转速突变 图6 发动机转速阶跃

液压泵是直接由发动机提供动力输入,因此在发

动机转速阶跃之后液压泵的输出流量增加,从而导致

系统主压力有升高,但是主压力滑阀在这里起到了稳

压的作用,图7为主压力滑阀的阀芯位移曲线,可以看

到在发动机转速阶跃之后阀蕊的位移增大了,如图2

所示,即3处的开度增大,增大了回油速度,从而抵消

掉转速升高带来的影响。

图7 主压力滑阀阀芯位移

3 离合器压力控制系统

主油压经过主压力调节系统、安全滑阀调压系统,

最后进入比例压力阀,对进入离合器的压力进行精确

控制。比例压力阀对压力的控制相对于主压力系统及

安全滑阀调压系统具有高线性度,高精度的特点。比

例压力阀结构原理如图8所示。

当比例电磁铁输入控制电流时,衔铁推杆输出的

推力推动阀芯运动,与作用在阀芯上的液压力平衡,从

图8 比例压力阀结构原理图

而决定了滑阀开度值,该比例压力阀开度值变化微小,

若忽略液动力的影响,则可认为在平衡条件下,这种比

例压力阀所控制的压力与比例电磁铁的输出电磁力成

正比,从而与输入比例电磁铁的控制电流近似成正比。

值得注意的是该阀与一般的比例压力阀不同,如

图8所示,它没有弹簧,比例电磁铁输出的力直接与作

用在阀芯上的液压力平衡,加快了阀芯的响应速度。

另外,该阀用来控制自动变速器的离合器油缸,在离合

器的接合与分离过程中会产生振动,从而导致油压波

动,而f处的弹簧蓄能器能够起到一个缓冲的作用,从

而削弱振动。

比例压力阀仿真模型如图9所示,油液参数的设

置同主压力控制系统,该比例压力阀模型采用带弹簧

活塞为背压元件,如图中E所示。图9中A、B分别代

表比例压力阀的两处滑阀开度(如图8中h、g所示),

图中C、D分别代表比例压力阀中的两处节流孔,其中

图中F为缓冲蓄能器。

图9 比例压力阀仿真模型

如图8所示,从安全滑阀输出的压力油经过进油

口c进入比例压力阀,经过滑阀开度g进行降压,最后

输入到离合器活塞,从而控制离合器的接合与分离。

但是离合器的油腔容积有限,而且在工作时也并不是

一直向活塞中充油,因此从d输出的液压油需要经过

滑阀开度h流入回油油路,产生流量,来保证流经h开

度的压降稳定,从而保证离合器活塞压力稳定,当阀芯

处于最左端时,离合器活塞压力经过h开度完成