兩擋混合動力自動變速器液壓系統(tǒng)開發(fā)

祝建仁，鄭書瑞

（1.湖南金潤電液控制系統(tǒng)有限公司，湖南 長沙 410205；2.湖南科技大學機電工程學院，湖南 湘潭 411100）

前言

隨著國家政策對油耗限值的逐漸嚴格，各大汽車廠家和配套企業(yè)都加大了對混合動力系統(tǒng)的研發(fā)投入，以往國內(nèi)的混合動力變速箱的液壓驅動系統(tǒng)主要依靠國外液壓系統(tǒng)專業(yè)企業(yè)的設計和產(chǎn)品配套，為突破國外對這方面的技術封鎖[1-2]，針對國內(nèi)某企業(yè)開發(fā)的商用兩檔混合動力自動變速器，通過對自動變速器的結構和功能需求進行分析和計算，設計了該混合動力自動變速器的液壓系統(tǒng)模塊，并通過仿真和試驗驗證了該系統(tǒng)能夠滿足該自動變速器的控制要求。

1 自動變速器結構原理及功能要求

該商用兩擋混合動力自動變速器原理結構如下圖1所示。

圖1 自動變速器原理結構

具體工況需求如下：

（1）純電動工況。

動力由TM電機通過兩擋機構的1擋將動力傳向齒圈，此時發(fā)動機靜止，ISG電機隨轉發(fā)電。

（2）混合動力驅動工況。

此時發(fā)動機啟動，ISG電機發(fā)電，驅動電機TM助力，此工況下要實現(xiàn)擋位的切換。助力，此工況下要實現(xiàn)擋位的切換。

（3）發(fā)動機直驅。

此時車輛處于高速巡航模式，ISG電機鎖止，發(fā)動機直驅。

制動器與換擋執(zhí)行機構參數(shù)：

（1）制動器。

工作扭矩：300 N·M，液壓缸所需最低油壓：12 bar。

（2）換擋機構。

2 液壓系統(tǒng)原理設計

根據(jù)兩擋自動變速器的功能需求，液壓系統(tǒng)需要實現(xiàn)的主要功能有[3-4]：

（1）兩擋變速器的兩個擋位控制；

（2）制動器的控制；

（3）冷卻潤滑的壓力流量控制；

（4）緊急制動后能保證變速箱能夠換擋4～5次。

因此通過對工況和功能要求的分析，設計的液壓系統(tǒng)原理圖如下圖2所示。

圖2 商用兩擋自動變速器液壓原理圖

液壓系統(tǒng)設定參數(shù)：

（1）系統(tǒng)安全閥設計開啟壓力20 bar；

（2）系統(tǒng)調(diào)壓閥壓力7～17 bar；

（3）潤滑限制壓力閥開啟壓力4 bar；

（4）系統(tǒng)最大流量30 L/min。

該液壓系統(tǒng)的特點：

根據(jù)工況分析，該自動變速箱只有在換擋和制動時才需要高壓液壓油來實現(xiàn)換擋和制動，出于節(jié)能考慮，設置系統(tǒng)高壓/低壓切換ON/OFF閥，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的目的。

在車輛高速緊急制動時，蓄能器內(nèi)的油壓能夠保證換擋 執(zhí)行機構能夠動作4～5次。

3 液壓系統(tǒng)AMEsim仿真

根據(jù)該液壓原理圖和設計的各閥芯參數(shù)，建立的仿真模型如圖3所示。

圖3 液壓系統(tǒng)AMEsim仿真模型

該商用兩擋自動變速器在滿足功能要求和安裝邊界條件下設計的液壓系統(tǒng)模塊如下圖4所示。

圖4 液壓系統(tǒng)模塊

通過對上述AMEsim模型進行參數(shù)設定后其仿真結果如下：

系統(tǒng)壓力特性仿真曲線如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)壓力特性曲線

仿真參數(shù)設定為0 s～7.5 s階段，高低壓切換ON/OFF 閥不工作，系統(tǒng)處于高壓運行工況，7.5 s～10 s為ON/OFF閥動作，系統(tǒng)處于低壓節(jié)能狀態(tài)[5]。

通過仿真曲線可以看出當高低壓切換閥不動作時系統(tǒng)壓力能夠穩(wěn)定在17 bar左右，當高低壓切換閥動作時系統(tǒng)壓力能夠保持在設計的低壓7.1 bar左右 ，滿足設計要求； 換擋閥1壓力曲線如下圖6所示：

圖6 換擋閥1壓力特性曲線

曲線中0 s～1.5 s為電磁閥死區(qū)無壓力輸出，1.5 s～4.5 s為壓力上升區(qū)，4.5 s～8.5 s為壓力下降區(qū)，8.5 s～10 s電磁閥死區(qū)，從上述圖6曲線可以得出換擋閥1輸出曲線與設計相符，能夠滿足換擋要求；

換擋閥2壓力曲線如下圖7所示：

圖7 換擋閥2壓力特性曲線

曲線中0 s～1.5 s為電磁閥死區(qū)無壓力輸出，1.5 s～4.5 s為壓力上升區(qū)，4.5 s～8.5 s為壓力下降區(qū)，8.5 s～10 s電磁閥死區(qū)，從上述圖7曲線可以得出換擋閥2輸出曲線與設計相符，能夠滿足換擋要求；

制動器壓力曲線如下圖8所示：

圖8 制動器壓力特性仿真曲線

潤滑壓力曲線如下圖9所示：

圖9 潤滑壓力特性仿真曲線

從圖9中可以看出，潤滑壓力相對比較穩(wěn)定，能夠穩(wěn)定輸出在3.5 bar左右的壓力，能夠保證變速箱內(nèi)各部件得到充分的潤滑冷卻[6]，其滿足設計要求。

4 樣件測試試驗

根據(jù)設計的液壓模塊，試制的A樣件并在液壓系統(tǒng)綜合測試臺上對其主要功能進行了測試試驗，A樣件圖如下圖10所示。

圖10 樣件測試圖

通過對樣件的功能進行測試，測試結果與仿真結果相符。驗證的所開發(fā)的液壓模塊原理正確，能夠滿足該自動變速器控制要求。

由于試驗條件所限只對液壓模塊各控制壓力進行了測試，未對其做綜合性能檢測。由于A樣件階段主要為功能驗證，因此目前測試試驗項目能夠驗證該液壓模塊滿足設計要求。能夠實現(xiàn)各工況下對系統(tǒng)壓力和擋位以及制動器的控制要求，同時潤滑壓力和流量也能達到設計要求。

5 總結

通過對變速箱結構和工況分析，設計的兩擋自動變速器液壓系統(tǒng)原理，并根據(jù)相關技術要求的參數(shù)和邊界條件，對液壓模塊的3D進行了設計，并通過對設計的液壓系統(tǒng)進行了AMEsim仿真計算，其仿真結果表明設計的液壓模塊能夠滿足該自動變速器的設計要求。同時試制的A樣件進行了臺架測試試驗，其結果與仿真計算相符，能夠滿足設計要求。