混動變速箱液壓系統設計分析

周之光　張恒先

摘 要：本文闡述了混動變速箱液壓系統的特點，根據變速箱的功能需求分解出液壓系統的各項指標要求，通過仿真分析設計主要零部件的參數，最后通過試驗驗證滿足設計需求。

關鍵詞：混動變速箱 液壓系統 需求分析

1 引言

混動變速箱（DHT）是由變速機構和電機組成的驅動系統。與傳統的變速箱相比，在改善油耗和排放、提高動力性及續航里程等方面取得了成功。本文根據某DHT的功能分解出對液壓系統的需求，并對液壓系統主要部件進行設計、分析和驗證。

2 液壓系統主要需求分析

以現有DHT為例，某DHT為多擋結構，根據其功能結構，確定液壓系統基本需求，見下表1：

3 液壓系統指標分解

3.1 執行件

執行件對液壓系統的需求主要是壓力和流量，根據執行件的運行特點進行計算，初步分解出以上指標。

離合器的作用是傳遞扭矩，根據離合器的尺寸參數和扭矩容量要求，計算壓力需求；根據離合器的響應要求和充油腔體容積，計算出流量需求。

同步器的作用是換擋，實現不同擋位輸出。根據同步器的結合時間要求和摩擦力計算出壓力需求；在結合充油腔體容積，計算出流量需求。

駐車機構的作用是實現駐車，根據響應時間要求和充油腔體統計，計算出壓力和流量需求。

以上執行件的計算結果取大，確定初步的油壓范圍和流量。

3.2 主要驅動部件冷卻需求

某DHT具備2個驅動電機，電機正常運行需要液壓系統提供足夠的冷卻流量。根據電機的功率及冷卻系統特點，電機廠家進行仿真計算，確定電機的冷卻流量需求。

3.3 其他部件冷卻需求

為了保證DHT正常運行，除電機外，齒輪、軸承和離合器等也需要提供一定的冷卻流量，對其進行冷卻、潤滑。

齒輪的冷卻流量設計主要考慮傳遞的扭矩、轉速等因素，根據經驗確定初步的流量需求。

軸承的冷卻流量需求根據其承受的當量動負荷、摩擦系數和轉速等計算而來。

離合器的作用除了傳遞扭矩，還負責滑磨換擋。在滑磨過程中，離合器會產生熱量，需要冷卻流量將其帶走，以免燒壞。根據離合器滑磨產生的熱量和散熱特點，計算出離合器的冷卻流量需求。

3.4 液壓系統指標

根據以上計算分析，確定也請系統的壓力和流量等主要參數，結果見表2：

4 液壓系統方案設計

根據上一節對液壓系統指標的分解，及相關部件對液壓系統的需求特點，初步設計方案見表２：

4.1 隔離閥設計

隔離閥的作用是防止電動泵工作時，在機械泵處產生負載。設計要求為壓降＜0.5bar@50L/min。

隔離閥的結構見圖1。

根據結構圖建立減壓閥模型，根據設計要求，設定閥芯尺寸和彈簧的特性參數進行分析，分析結果見圖2，在50L/min流量下的壓降為0.39bar，滿足設計要求，從而確定減壓閥的主要參數。

4.2 主油路調壓閥設計

主油路調壓閥的作用是穩定主油路油壓。設計從最低主油壓和最高主油壓的穩定來分析。設計要求為壓力3±0.5～17.5±0.5bar可調@5～70L/min供油。

主油路調壓閥的結構見圖3。

根據結構圖建立主油路調壓閥仿真模型，根據設計要求，設定閥芯尺寸和彈簧特性參數進行分析。

流量穩定70L/min，主油路調壓電磁閥油壓由0-11bar，計算結果主油壓為3.24～17.78bar，滿足設計要求，計算結果見圖4。

流量從5 L/min提升到70L/min，PL電磁閥壓力保持0bar，計算結果主油壓為17.25～17.78bar，即在流量變化的過程中，主油壓能夠穩定在設計要求高壓值范圍，滿足設計要求，計算結果見圖5。

流量從5 L/min提升到70L/min，PL電磁閥壓力保持11bar，計算結果主油壓為2.60～3.24bar，即在流量變化的過程中，主油壓能夠穩定在設計要求低壓值范圍，滿足設計要求。

4.3 減壓閥設計

減壓閥的作用是保證冷卻潤滑油路的壓力，繼而保證流量流量的穩定性，避免冷卻流量隨著主油壓有較大變化，影響冷卻、潤滑效果。

主油路調壓閥的結構見圖6。

根據結構圖建立減壓閥仿真模型，根據設計要求，設定閥芯尺寸和彈簧特性參數進行分析。滿載設計要求：穩定冷卻潤滑油量壓力2.5～5.5bar，保證冷卻潤滑流量。

供油流量15L/min，PL壓力最小時，減壓閥后壓力穩定在2.60bar，滿足設計要求，見圖7。

電機冷卻流量計算結果為8.46L/min，與后來的實際測試結果8.26L/min基本一致。

供油流量15L/min，PL壓力最大時，減壓閥后壓力穩定在4.45bar，滿足設計要求，見圖8。

電機冷卻流量計算結果為11.27L/min，與后來的實際測試結果11.50L/min基本一致。

供油流量70L/min，PL壓力最小時，減壓閥后壓力穩定在3.02bar，滿足設計要求，見圖9。

電機冷卻流量計算結果為9.19L/min，與后來的實際測試結果8.94L/min基本一致，見圖10。

供油流量70L/min，PL壓力最大時，減壓閥后壓力穩定在5.15bar，滿足設計要求，見圖11。

電機冷卻流量計算結果為12.14L/min，與后來的實際測試結果12.12L/min基本一致，見圖12。

經過以上仿真計算，在滿足設計要求的基礎上，初步確定了液壓系統方案，以及主要零部件的參數。

5 結束語

本文根據DHT的功能模式，分解出對液壓系統的需求，設計了混動系統用液壓系統方案。最后通過仿真計算，對液壓系統的主要零部件進行選型和主要參數設計。

參考文獻：

[1]高殿榮，王益群.液壓工程師技術手冊.化學工業出版社，2016.2.

[4]梁全，謝基晨，聶利衛.液壓系統Amesim計算機仿真進階教程.機械工業出版社，2016.3.