双离合器式自动变速器液压系统分析与建模.docx

双离合器式自动变速器液压系统分析与建模秦娜，吴光强（同济大学 汽车学院，上海 201804）摘要：分析设计液压系统油路及各液压阀工作状态，是开发双离合器式自动变速器控制系统的关键所在。 在分析双 离合器式自动变速器液压系统控制原理基础上， 利用液压仿真软件 AMESim 对其液压控制系统中主要压力控制滑 阀进行了建模仿真，阐述了系统中控制参数对液压系统的影响，为双离合器式自动变速器控制系统的设计和控制软 件的开发奠定了基础。关键词：AMESim；双离合器；自动变速器；仿真中图分类号：U463.22+12文献标志码：A文章编号：1005-2550（2009）04-0048-04Analysis and Modeling of Dual Clutch Transmission Hydraulic SystemQIN Na，WU Guang-qiang（College of Automobile，Tongji University，Shanghai 201804，China）Abstract:Analyzing the hydraulic circuit and the solenoid status is the key point in developing the control system of dual clutch transmission.The hydraulic circuit of dual clutch transmission hydraulic system is introduced；also the working principle of the hydraulic system is deduced. AMESim is used to model and simulate the hydraulic system；the impact of a series of important controlling parameters on the system is analyzed，which establishes a foundation for the dual clutch transmission Electro-hydraulic control system design and control software development.Key words: AMESim；dual clutch；transmission；simulation双离合器式自动变速器 （ 简称 DCT） 是一 种 新 型的变速器，其最大的特点是具有两个离合器，换挡 过程中两个离合器配合使用，可以实现动力换挡，从 而提高了整车的动力性， 同时车辆的经济性和舒适 性也有所提高。DCT 动力传递及换挡过程的实现是通过 电 控 单元发出控制信号，控制液压执行元件动作实现的， 分析设计液压系统油路及各液压阀工作状态是开发 DCT 控制系统的关键所在。 本文对 DCT 液压系统控制原理进行了详尽的分析，并利用 AMESim 对 DCT 液压系统主要压力控制滑阀进行了建模， 分析了控 制参数对系统的影响。1 DCT 液压控制系统分析1.1 DCT 液压控制单元组成DCT 电液控制单元集成在一起，其中液压控制收稿日期：2009-05-12基金项目：上海市科委重大攻关项目（06dz11002）系统由上下阀体两部分组成， 没有单独的油管 ， 上 下阀体之间隔有配油板 ， 通过配油板上的油孔联 通上下阀体之间的油道 。 这种设计使得液压系统 的结构紧凑，集成化程度高，大大减小了变速器的 体积。 DCT 液控单元主要由定量泵、机油滤清器、 主 压 阀 、 主 压 滑 阀 、 安 全 阀 、 安 全 滑 阀 、 挡 位 开 关 阀、多路调制阀及多路滑阀等组成。 图 1 为 DCT 各 个液压元件之间的连接关系示意图。1.2 DCT 液压系统控制原理分析DCT 液压控制系统主要有三部分组成 ： 离合 器压力控制部分、 同步器压力控制部分和润滑冷 却控制部分。 DCT 液压系统采用的是与发动机固 连的定量泵，泵的排量与发动机的转速成正比。 通 过泵排出的油液首先通过主油道压力调节阀调节 主油道油压， 在主油压的基础上安全阀对系统压 力进行二次调节， 调节后的油液通往换挡阀控制 拨叉的运动以实现不同挡位之间的切换 ， 该油液 同时通往离合器压力控制阀提供动力传递所需的 压力。1油箱；2机油滤清器；3定量泵；4油冷却器；5主压阀；6主压滑阀；7冷却滑阀；8冷却阀；9安全阀1 ；10安全滑阀1；11安全阀2；12安全滑阀2；13离合器1电液比例阀 ；14离合器1； 15离合器2电液比例阀；16离合器2；171 5挡开关阀；183 N挡开关阀；192 6挡开关阀；204 R挡开关阀；21多路调制阀；22多路滑阀； 231 3挡拨叉； 245 N挡拨叉；256 R挡拨叉； 262 4挡拨叉图1 DCT液压控制系统1.2.1高速开关阀DCT 液压控制单元中主油道油压及安全阀控 制油压都是通过高速开关阀调节先导压力的大小 实现精确控制的。 通过改变高速开关阀一个周期 T 内阀开启时间与脉冲周期的比值 来 控 制 流 量 ， 即通过改变占空比实现对输出口压力的控制 。 当 高速开关阀外接一个存在 少许泄露的密闭容腔 时， 由一个周期内薄壁小孔平均流量公式可以得 到： 2（ps-pc）V dpc Q=Cq A 姨=kl pc+ - dt式中， 为占空比；Cq 为流量系数；A 为通流截面面 积；ps 为输入油液压力；pc 为容腔内油液压力；kl 为 容腔泄露系数；V 为容腔体积； 为油液体积弹性模 量；Q 为小孔平均流量。当 高 速 开关阀输入压力为 10 bar 时 ， 通 过 MATLAB 仿真可以得到占空比与容腔内压力关系 如图 2 所示。1.2.2 主油路油压调节DCT 主油路油压是经主压滑阀调节后的油泵 输出油压。 离合器结合油压和换挡拨叉液压缸中的 油压都是在主油压的基础上根据不同的工况调节 的， 主油压的控制对离合器结合压力的控制及换 挡冲击的控制有重要作用。 在发动机大负荷工况 下， 为了使离合器接合可靠 ， 必须增大主油路油 压；在换挡时同步器接合过程中，必须适当减小主 油路油压，以减小换挡冲击。 在发动机小负荷工况 下， 也需要适当减小主油路油压 ， 以减少燃油消 耗。 主油压的调节过程类似于溢流阀调节过程，先 导油压类似于溢流阀中弹簧力 ， 先导油压与作用 在阀芯另一端的主油压压力和弹簧力共同决定主 压滑阀阀芯位置， 通过控制主压滑阀阀芯的位置 控制主油道油压。 主压阀为常闭型二位二通高速 开 关 阀 ， 通 电 时 球 阀 打 开 ， 油 液 流 入 油 箱 ， 因 此 当 占空比大时先导油压低，主油道压力小。 当占空比 为零时主油道压力最大。 主压阀失效时主油道油 压维持最大以保证车辆继续运行 。 此时燃油消耗 增加，换挡时冲击大。1.2.3 安全阀油压调节两个安全阀分别用于控制两条传动支路中的 安全滑阀， 安全滑阀工作时能在主油压的基础上 调节进入离合器压力调节阀的油压 。 经安全阀调 节后的油压同时通过挡位开关阀的控制进入相应 换挡拨叉的液压缸中实现换挡 。 同时当传动支路 出现重要故障时，安全阀会使该支路失去压力 ， 从 而达到保护相应传动支路的目的 。 安全阀为常开 型二位二通高速开关阀，通电时球阀泄油口关闭 ， 油液进入离合器及换挡油路 。 先导油压压力与弹 簧力、工作油压压力分别作用在滑阀的两端 ， 通过 调节阀芯位置控制进入离合器阀及换挡油路的压 力。 当安全阀不通电时，先导油压为零， 滑阀处于 初始位置，油液不能进入离合器及换挡油路。 占空 比大时先导油压高， 进入离合器及换挡油路的油 压高。1.2.4 离合器压力调节离合器压力控制阀为 PWM 控制的电液比例阀， 通过调节占空比控制比例电磁铁的输入电流，理想特 性下， 比例电磁铁输出的电磁力与输入的电流成正 比，因此通过改变占空比可以控制电液比例阀输出的 力。 比例阀输出的力作用在滑阀阀芯一端，工作油压 通过两个孔径不同的节流口反馈到阀芯的两端，阻尼 孔 1 直径小于阻尼孔 2 直径，阀芯左端面积大于阀芯 右端面积，阀芯在这三个力的作用下经过一个动态调 节过程最后达到平衡状态。 离合器压力控制阀工作口 处并联一个蓄能器，可以起到压力变化时吸收液压脉 动冲击，稳定离合器结合油压的作用。2 DCT 液压系统 AMESim 仿真AMESim 是专门用于液压/机械系统的建模 、 仿真分析的优秀软件， 用户可以采用基本元素法 按照实际物理系统来构建 自定义模块或仿真模 型，不需要去推导复杂的数学模型，因此用户可以 将更多的精力投入到实际物理模 型 的 研 究 中 。AMESim 的标准库元件有限，不能完全满足用户要 求 ，HCD（ 液 压 元 件 设 计 ） 库 可以由非常基本的模 块 ， 建造出任一元件的子 模 型 ，HCD 大 大 增 强 了 AMESim 的 功 能 。 本 文 利 用 AMESim/HCD 库 建 立 了 DCT 液压系统中主要的压力控制滑阀模型 ， 通 过仿真结果进一步阐述了 DCT 液 压 系 统 油 压 调 节过程。2.1 主油压滑阀模型图 3 主油压滑阀模型图 4 发动机转速突变时主油道压力变化主油压滑阀模型如图 3 所示。 DCT 采用的是与 发动机固连的定量泵， 油道中油液的流量与发动机 转速成正比。 先导压力为 5 bar，在 0.05 s 时加入一 个阶跃信号，发动机转速从 2 000 r/min 阶跃增加到 3 000 r/min 时主油道油压变化曲线如图 4 所示。 从 仿真结果可以看出，发动机转速突然变化时，主压滑 阀经过一个震荡阶段后很快稳定下来， 主油道压力 调节过程类似于溢流阀调节过程， 主油压不会因发 动机转速变化而变化很大， 保证主油道油压基本稳 定，满足主油路油压调节要求。当通过主压阀调节先 导油压分别为 3 bar、5 bar、8 bar 时主油道油压变化 如图 5 所示。 从仿真结果可以看出通过调节 不同的 先导油压可以得到不同的主油道油压， 应根据工况 要求及时调节主压阀占空比。图 5 不同先导油压时主油道油压2.2安全滑阀模型图 6 安全滑阀模型图 7 安全阀调节后油压变化安全滑阀模型如图 6 所示。 安全滑阀在主油路 油压的基础上二次调节油液压力， 进一步提高离合 器供油油压和换挡油压的控制精度。 经主压滑阀调 节后主油道压力基本不会出现太大的波动。 当先导 油压为 5 bar，主油道起始压力为 10 bar 在 0.15 s 时 加入一个 8 bar 的阶跃信号， 经安全阀调节后的油 压变化如图 7 所示， 即使主油道压力阶跃变化时安 全阀调节后油压也只有一个较小的波动， 进一步保 证了离合器供油油压的稳定。2.3离合器压力调节阀离合器压力调节阀模型如图 8 所示。 当离合器 输入油压分别为 8 bar、10 bar，电磁力为 10 N 时，经 离合器滑阀调节后的压力变化如图 9 所示。 由仿真 结果可以看出离合器压力调节阀响应迅速， 超调量 小。电磁力相等时，在满足动力传递需要的情况下可适当降低供油油压， 以减小离合器油压超调量及调 整时间。图 8 离合器压力调节阀图 9 离合器压力调节过程3结束语如上所述，本文详尽地分析了 DCT 液压控制系 统原理，利用 AMESim 分别建立了对液压系统油压 控制有重要作用的主压滑阀、安全阀滑阀、离合器压 力控制阀模型。 仿真结果验证了对 DCT 液压控制系 统分析的正确性，为 DCT 控制系统的开发和设计奠 定了基础。参考文献:1 付永领，祁晓野.AMESim 系统建模和仿真 从 入门