用于混動系統(tǒng)的離合器液壓控制設(shè)計(jì)及優(yōu)化

萬媛媛,張彥輝,高文武,湯玉輝

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 200601)

用于混動系統(tǒng)的離合器液壓控制設(shè)計(jì)及優(yōu)化

萬媛媛,張彥輝,高文武,湯玉輝

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 200601)

介紹汽車混合動力系統(tǒng)離合器液壓控制系統(tǒng)的功用和原理，通過對當(dāng)前液壓控制方案進(jìn)行理論分析和測試來闡述方案中存在的缺陷，并提出液壓控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)，總結(jié)混合動力離合器液壓控制實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

混合動力系統(tǒng)；離合器；液壓控制；電磁閥

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車已不是奢侈品，汽車尾氣成為全球關(guān)注焦點(diǎn)，為了降低汽車CO2排放，各大汽車廠商都在朝節(jié)油、環(huán)保、低耗方向發(fā)展，尋求新出路。因此，近年來，各種新技術(shù)應(yīng)用于汽車上，如渦輪增壓技術(shù)、雙離合器技術(shù)、新能源汽車上的動力電池、驅(qū)動電機(jī)技術(shù)等。

所謂的混合動力汽車就是將傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)、驅(qū)動電機(jī)、能量存儲裝置(蓄電池)組合在一起，通過良好的匹配和優(yōu)化控制，充分發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)汽車和電動汽車的優(yōu)點(diǎn)，在不同工況下，轉(zhuǎn)換2種動力，讓車輛達(dá)到高節(jié)油率、良好的操縱性[1]。混合動力中的離合器作為銜接發(fā)動機(jī)與電機(jī)動力的中間機(jī)構(gòu)，按照介質(zhì)不同可以分為摩擦式離合器、液力耦合式離合器、電磁離合器等，按照潤滑狀態(tài)不同也可以分為濕式離合器、干式離合器，文中講述的是濕式離合器的液壓控制[2]。

1 離合器液壓控制的功用和組成

混合動力中的離合器主要用來耦合發(fā)動機(jī)動力，以實(shí)現(xiàn)整車混動的各種模式。簡單地說離合器主要有3種工作狀態(tài)：接合、滑摩以及斷開，液壓系統(tǒng)需要為離合器提供這3個狀態(tài)的壓力油和冷卻、潤滑油[3]。

離合器液壓控制系統(tǒng)獨(dú)立于整車中其他液壓系統(tǒng)，單獨(dú)控制混合動力中離合器，為離合器活塞提供壓力控制，為離合器內(nèi)部軸承提供潤滑，為離合器摩擦片提供冷卻、潤滑。

因此，離合器液壓控制系統(tǒng)需要具備2個功用：能夠?yàn)殡x合器提供流量需求；能夠?qū)崿F(xiàn)對離合器控制壓力的精準(zhǔn)控制[4]。

與一般液壓系統(tǒng)無異，此液壓系統(tǒng)有一個動力源：油泵，這里選擇1個電動油泵，直接由電機(jī)驅(qū)動油泵；控制機(jī)構(gòu)：液壓控制閥塊，由電磁閥、傳感器、蓄能器、閥芯、安裝電磁閥和閥芯的閥體等組成；液壓源：從變速箱油底殼取油，經(jīng)過吸濾器過濾。潤滑油經(jīng)過過濾器、電動油泵進(jìn)入到液壓控制單元，再經(jīng)過液壓控制單元的分配進(jìn)入到離合器所需的壓力腔、潤滑油路中，使得離合器按整車需求工作[5]。

2 液壓系統(tǒng)控制方案

混合動力離合器液壓控制系統(tǒng)中，其接合壓力及潤滑流量由整車控制器調(diào)節(jié)電流實(shí)現(xiàn)對2個壓力比例閥的控制，調(diào)節(jié)油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量。如圖1所示，整個液壓系統(tǒng)經(jīng)過一個吸濾器，油泵在電機(jī)驅(qū)動下，從油箱中吸油，并分成2路進(jìn)入到液壓控制單元中，圖1中虛線箭頭為潤滑油路，下面稱LUB IN，實(shí)線箭頭為主壓力油路，下面稱為LINE IN，主壓力稱為pL。

電磁閥1作為常低壓力比例閥，用來控制離合器的接合壓力，電磁閥1的輸出壓力直接通過油路進(jìn)入到離合器的活塞腔中，稱為pc，pc的大小決定了離合器可以傳遞扭矩的能力。離合器接合壓力的控制決定了離合器的響應(yīng)速度和控制精度。所以對于離合器接合壓力的控制,一方面要求電磁閥1本身的響應(yīng)速度和控制精度，另一方面要求主壓力pL的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。所以，這里主要介紹電磁閥2的控制特性。

電磁閥2作為常開壓力比例閥，作為先導(dǎo)閥作用，用來控制閥芯開口大小，實(shí)現(xiàn)對離合器潤滑流量的控制，潤滑油經(jīng)過閥芯直接通過油路進(jìn)入到離合器潤滑油路中，對離合器內(nèi)部的軸承進(jìn)行潤滑，對摩擦片進(jìn)行冷卻、潤滑。

2.1 電磁閥2控制

2.1.1 電磁閥2控制理論分析

對于此液壓系統(tǒng)，可以用電磁閥2來控制閥芯開口大小，以調(diào)整下游負(fù)載來達(dá)到控制主壓力pL的值，可以得到圖2的曲線。

下面從主壓力和離合器潤滑流量2個方面討論：

對于主壓力pL主要分為3個階段：

電磁閥2電流I

電磁閥2電流I0≤I

電磁閥2電流I1≤I

主壓力pL對離合器控制壓力pc至關(guān)重要，為了穩(wěn)定控制離合器結(jié)合，必須保證pc響應(yīng)快、穩(wěn)定，所以要求pL≥pc+2.5×105Pa。

對于離合器潤滑流量調(diào)節(jié)可分為2個階段：

電磁閥2電流I

Q=Qeop-QLeakage

式中：Qeop為油泵的輸出流量；QLeakage為系統(tǒng)泄漏量。

離合器潤滑流量Q不可調(diào)，但是針對離合器流量需求，可以調(diào)節(jié)電動油泵轉(zhuǎn)速，以達(dá)到不同流量需求。

電磁閥2的電流I1

Q=Qeop-Qprv-QLeakage

式中：Qeop為油泵的輸出流量；Qprv為泄壓閥排出量；QLeakage為系統(tǒng)泄漏量。

此時，離合器潤滑流量Q可通過調(diào)節(jié)電磁閥2電流調(diào)節(jié)，但是油泵的泄壓閥必須達(dá)到限定值pprv，且電流I1、I2范圍較小，難以控制。

2.1.2 主壓力測試結(jié)果

在整車上對混動液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，設(shè)置電動油泵轉(zhuǎn)速為1 300 r/min,輸出流量約3.2 L/min,電磁閥震顫頻率選擇68 Hz、幅值88 mA。此時，考慮到液壓系統(tǒng)元件的承受壓力限值，電動油泵的pprv限定值為1.9 MPa。調(diào)節(jié)電磁閥2的電流值，以50 mA的增幅從0增加到1 000 mA，然后再降到0，掃描壓力曲線，得出圖3所示曲線。

從圖中可以看出，上升曲線：電流I≤700 mA時，主壓力變化微小;電流達(dá)到725 mA后，壓力值開始急速上升;到800 mA時，壓力值達(dá)到18.2×105Pa，達(dá)到900 mA時，趨于穩(wěn)定。壓力值從6×105Pa到18×105Pa，電流僅有50 mA的可調(diào)范圍；在電流減小曲線中，電流的調(diào)節(jié)范圍更小，壓力值從17×105Pa減小到7×105Pa，電流僅有25 mA的可調(diào)范圍。另外，最大遲滯為4×105Pa，這對于離合器液壓控制系統(tǒng)來說，超過了設(shè)計(jì)值。

2.2 電磁閥1控制

電磁閥1屬于高精度、高響應(yīng)的電磁閥，泄壓閥的結(jié)構(gòu)決定其精度，要求系統(tǒng)主壓力pL≥pc+2.5×105Pa，在主壓力一定的條件下，通過調(diào)節(jié)電磁閥1的電流，離合器控制壓力pc可以獲取較好的p-I曲線。下面以主壓力pL為13×105Pa為例，得出離合器控制壓力pc的p-I曲線，見圖4。

2.3 小結(jié)

結(jié)合電磁閥2對主壓力和離合器潤滑流量的控制可以看出:電磁閥2對主壓力的可控范圍小，一方面當(dāng)主壓力迅速增加到pprv值，會導(dǎo)致油泵泄壓閥頻繁開啟，影響其壽命，從而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)安全問題；另一方面，增加了整車控制器對電磁閥的控制難度，提高了軟件對系統(tǒng)的標(biāo)定工作量。

3 液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

為提升液壓系統(tǒng)主壓力的可控性，對離合器液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，其原理圖見圖5。

對比原液壓控制設(shè)計(jì)，主要是對控制機(jī)構(gòu)即控制單元進(jìn)行優(yōu)化，在控制單元的閥芯中增加了壓力反饋(見圖6)，對主壓力進(jìn)行閉環(huán)控制[5]。

F彈簧+p2×S1=pL×S2

(1)

式中：F彈簧為閥芯上彈簧的彈簧力；p2為電磁閥2輸出壓力；S1為電磁閥2輸出壓力作用面積；pL為反饋端輸入壓力/主壓力；S2為反饋?zhàn)饔妹娣e。

當(dāng)電動油泵輸入流量一定時，調(diào)節(jié)電磁閥2的電流，可以得出不同的壓力值p2，由壓力調(diào)節(jié)閥的閥芯結(jié)構(gòu)決定了S1和S2的數(shù)值一定，閥芯處于不同位置，彈簧力也一定，可以忽略不計(jì)。根據(jù)公式(1)，不同的p2值對應(yīng)不同的pL值。以電動油泵的輸入流量3 L/min為例，調(diào)節(jié)電磁閥2的電流，得出圖7所示的p-I曲線。對液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過調(diào)整閥芯結(jié)構(gòu)，增加一路閉環(huán)控制，將潤滑調(diào)節(jié)功能變成壓力調(diào)節(jié)功能，更加精準(zhǔn)控制主壓力。

4 總結(jié)

混合動力液壓控制系統(tǒng)對混合動力離合器控制至關(guān)重要，為實(shí)現(xiàn)離合器的壓力精準(zhǔn)控制以及潤滑流量控制，通過對控制機(jī)構(gòu)即控制閥塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成對液壓系統(tǒng)主壓力精準(zhǔn)控制，從而可以為離合器接合壓力控制提供高速度、高精度的前提條件；通過電動油泵轉(zhuǎn)速控制實(shí)現(xiàn)離合器潤滑流量控制，最終實(shí)現(xiàn)混合式離合器液壓控制系統(tǒng)的性能目標(biāo)。

【1】萬媛媛.混合動力汽車(HEV)驅(qū)動系統(tǒng)的研究[J].汽車零部件，2014(10):61-63,28.

【2】王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

【3】胡殿沖.CVT重度混合動力轎車雙模式離合器液壓控制系統(tǒng)[D].重慶：重慶大學(xué)，2014.

【4】夏晶晶，陳勇，胡辰.CVT濕式離合器液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動，2010(10):45-46.

【5】周小鵬，丁又青.液壓傳動與控制[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2014.

Design & Improvement of the Clutch Hydraulic Control Used in Hybrid System

WAN Yuanyuan,ZHANG Yanhui,GAO Wenwu,TANG Yuhui
(Research & Development Center,Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 200601,China)

The functions and principle of the clutch hydraulic control system used in vehicle hybrid system were introduced. The defect in the scheme was described by analyzing the hydraulic control scheme and testing.The improvement design of the hydraulic control system was introduced in detail. The targets of the clutch hydraulic control were summarized.

Hybrid system;Clutch;Hydraulic control;Solenoid

2016-03-17

萬媛媛(1984—)，女，工程師，主要從事新能源汽車電驅(qū)動技術(shù)的研發(fā)工作。E-mail:wanyuanyuan1984@163.com。

U463.211

B

1674-1986(2016)06-014-03