基于amesim的自动变速器液压控制系统仿真研究

基于amesim的自动变速器液压控制系统仿真研究

自动换速器（at）集机械、仪表和电子于一体。以液位为主要装置，将液位变换和质量控制在故障记录的主要原因上。因此，诊断故障是现代车辆总数的首要任务。液压系统结构复杂,且元件结构封闭在阀体内,既没有机械传动系统直观,也不像电气元件那样可以方便地测取相关参数,方便地实现自诊断。这种液压系统失效的隐蔽性是导致液压系统故障诊断困难的直接原因。在自动变速器产品开发设计阶段,对其进行有效的可靠性分析是保证产品质量不可缺少的重要过程。自动变速器液压控制系统自身结构和组成的复杂性,潜在的功能失效模式具有多样性、不确定性和随机性,所以对其进行可靠性分析难度较大并且工作量较大。针对这些实际问题,提出了采用模拟仿真的方法对自动变速器液压控制系统进行可靠性分析。AMESim(AdvancedModelingEnvironmentforPerformingSimulationsofEngineeringSystems)是法国Imagine公司推出的液压/机械系统建模、仿真及动力学分析软件,利用AMESim软件可以对自动变速器工作过程进行有效的仿真,也可以利用该软件系统在液压领域强大的建模、分析功能,对自动变速器液压控制系统建立有效的模型,通过系统故障参数设定,件失效情况下进行仿真模拟,经仿真结果比较,以确定液压元件失效对系统的影响。通过AMESim对自动变速器液压控制系统进行有效的模拟仿真分析,确定液压元件失效对系统的影响,对自动变速器液压控制系统的可靠性分析提供了一种模拟仿真的方法。同时为开发自动变速器故障诊断专家系统奠定了基础,是自动变速器液压控制系统故障分析的一种行之有效的方法。1自动变压器各子系统稳态工况对比研究目前,自动变速器主要采用电液控制,其中液压控制系统起到了重要作用。自动变速器液压控制系统结构非常复杂,根据各部分功能,把液压控制系统分为供油调压和流量控制子系统、换挡控制子系统、换挡品质控制子系统和液力变矩器油路子系统。变速器油压由油泵经压力调节子系统、换挡控制子系统进入执行器(离合器和制动器)液压缸,同时换挡品质控制子系统对蓄能器液压缸产生背压,以获得较好的换挡品质,执行器作用于行星齿轮机构的相应机构完成换挡动作。文献对自动变速器电液控制系统各子系统部分典型液压元器件建立了稳态工况下的数学模型。但是考虑到自动变速器液压控制系统实际工作情况比较复杂,稳态工况的数学模型不能全面准确描述其实际工作情况。利用AMESim软件实现自动变速器液压控制系统工作的动态模拟仿真,弥补了稳态模型不符合实际工况的缺陷。下面就某型电控自动变速器供油调压和流量控制子系统分别分析其稳态数学模型与AMESim环境中的可靠性模拟仿真方法。1.1比例压力阀的组成供油调压和流量控制子系统主要由油泵、限压安全阀、减压阀、比例压力阀和主调压阀等组成,如图1示。供油调压和流量控制子系统主要负责提供压力油源,保证变矩器供油,向整个油压控制系统提供一定压力和足够流量的油液,按需调节压力和流量。图2是比例压力阀模型。比例压力阀由压力控制电磁阀(PressControlSolenoidValve,PCS阀)和转矩信号调节阀(TorqueSignalRegulationValve,TSR阀)组成。压力控制电磁阀是PWM控制的电磁比例先导阀。控制器控制占空比,使占空比与油门开度成反比,而电磁线圈的平均电流强度及电磁力随着占空比的增加而增加,PCS阀的输出油路压力pc随着平均电流增大而降低,即可以通过占空比调节输出油压pc。其稳态数学模型可以表示为:主调压阀由调压阀(PressureRegulatorValve,PRV阀)和两个增力阀芯(倒挡增力阀芯、系统增力阀芯)组成。当预选杆处于不同的位置时,作用在主调压阀上的油压有所不同,预选杆在各个不同挡位时稳态数学模型可以表示为:式中:pL为主油路油压;F为主调压阀弹簧刚度;1.2系统模型的建立文献根据液压元件结构特征,利用AMES-im软件中液压标准元件库和液压元件设计库(HydraulicComponentDesign,HCD)建立了该型电控自动变速器的减压阀(AFV阀)、比例压力阀和主控制阀模型,按照系统结构组建了供油调压和流量控制子系统,并且进行了动态响应分析。图3、4分别是减压阀和比例压力阀在AMESim仿真环境下的模型。2基于amesim的液压和液压模拟仿真对产品进行可靠性分析是提高产品质量的有效途径。故障模式、影响及后果分析(FMECA)和故障树分析(FTA)理论作为可靠性分析的手段,广泛应用于汽车、航天航空、船舶等领域。但是,应用FMECA、FTA对系统进行可靠性分析时,随着系统复杂度的增大,分析的难度和工作量也相应增大。针对复杂的系统,特别像自动变速器集机械、液压和电子于一体的系统,借助有效的领域模拟仿真软件,对系统分别进行正常工作情况下和元件失效情况下的模拟仿真,最后比较仿真结果,可以相对比较简便地得到元件失效与其引起的系统故障之间的联系。AMESim作为专门用于液压、机械系统建模、仿真及动力学分析的优秀软件,为流体动力、机械、控制系统提供了一个完善的仿真环境。恰当地设置能够表示元件失效的参数,借助AMESim的批处理功能对自动变速器供油调压和流量控制子系统在正常工作情况和元件失效情况分别进行模拟,最后综合分析模拟结果,建立自动变速器供油调压和流量控制子系统故障与其构成液压元件失效的联系。供油调压和流量控制子系统在变速器液压控制系统中主要起供油调压作用,故选取供油调压和流量控制子系统输出压力pL为主要研究对象。2.1系统正常工作和可调科学响应设置可调排量油泵回位弹簧的刚度系数为一个非零的无穷小的数,即可表示回位弹簧因无弹性而失效。图5所示,为系统正常工作和可调排量油泵回位弹簧失效情况下的模拟仿真结果。很明显,当可调排量油泵回位弹簧失效时,供油调压和流量控制子系统输出的油压突然下降至接近0,不能满足自动变速器正常工作油压需要,汽车将出现起步困难,换挡执行器打滑等现象。2.2压力控制电磁阀失效对扭矩信号控制阀输出油压的影响设置压力控制电磁阀的输入信号为0,即可表示压力控制电磁阀丧失功能,其输出油压pc也必为0。在建立稳态数学模型时,可以知道转矩信号调节阀(TSR阀)输出油压ps由压力控制电磁阀输出油压pc控制,故压力控制电磁阀失效必然影响转矩信号调节阀输出油压ps。图6所示为在正常工作状态和压力控制电磁阀失效情况下转矩信号调节阀输出油压ps的仿真结果。当压力控制电磁阀失效时,转矩信号调节阀输出油压恒为0。而转矩信号调节阀输出油压又控制换挡品质控制系统的蓄能器阀,故压力控制电磁阀(PCS阀)失效会引起一定的换挡冲击。压力控制电磁阀失效对系统输出油压pL的影响如图7所示。因压力控制电磁阀失效,系统输出主压力pL有所下降,可能导致换挡执行机构打滑等现象。依据上述方法利用AMESim对自动变速器整个液压控制系统进行可靠性模拟仿真,最终可以建立液压元器件失效与液压控制系统故障的联系。3基于可靠性分析的启发式仿真借助AMESim仿真软件平台对自动变速器液压控制系统进行模拟仿真,确定液压元件失效所引起的系统故障,可以作为自动变速器液压控制系统可靠性分析的一种模拟仿真方法。这种方法弥补了对系统进行稳态分析时不能准确描述系