汽车变速器液压系统的动态仿真分析

汽车变速器液压系统的动态仿真分析

1混合动力汽车生物液压机液压系统混合动力和燃料在技术上取得了许多突破，是车辆快速和中期发展的重点。混合动力车辆(HEV)按照能量合成方式不同,可以分为串联式、并联式和混联式3种不同的结构方式。混联式一般采用行星齿轮来连接发动机、电动机和驱动轴,实现无级变速和转矩分配。发动机、电动机和发电机通过行星齿轮机构构成的电子无级变速机构一方面可以通过调节发电机、电动机的扭矩来实现传统无级变速器的功能,另一方面利用蓄电池减轻车辆行驶状况对发动机运行工况的影响,使车辆的燃油经济性和排放性能得到大幅度提高。某款混合动力汽车变速箱采用行星齿轮机构构成的电子无级变速机构。在分析该结构方案的基础上,设计出一种混合动力汽车变速箱液压系统。对液压系统动态性能的分析,可掌握每个元件的动态变化过程,为液压系统的设计和参数优化奠定基础。以Mathcad软件为基础,通过理论计算方法可以确定阀体的结构和尺寸等主要参数;以动态仿真软件ITI-SimulationX软件为基础,建立液压系统模型,对液压系统的压力和流量进行动态性能仿真。仿真结果满足理论设计要求,验证了理论的正确性和有效性。2强制冷却和润滑系统混合动力汽车变速箱以行星齿轮作为动力复合装置的基本构架,包括两个电机E1、E2。其中,两个电机既可以做发电机,又可做电动机。两个电机功率损失的绝大部分将转化为热量,因此需要液压系统对变速器中两个电机进行强制冷却;同时对变速器中的齿轮和轴承进行润滑;此外在满足一定的条件下,制动器B1、B2分别锁止电机E1和发动机。通过理论计算,电机E1、E2峰值需求流量分别是4L/min、5.5L/min;整个冷却润滑系统需求流量是14L/min。在对湿式制动器进行设计后,确定制动压力为0.6MPa。3工作原理此混合动力汽车变速箱液压系统分为3个部分:(1)供油油压和流量控制系统;(2)制动器元件操控系统;(3)冷却和润滑系统。3.1压力控制阀供油油压和流量控制系统由油泵、溢流阀(ov_cv)、压力调节阀(rc_cv)、蓄能减振器(D1)组成。主要功用是调节主油路的油压以及进入冷却润滑系的流量。油泵是液压系统的油源,采用电机驱动。根据设计要求,制动油路压力需要达到0.6MPa,因此设计的液压系统的供油油压稳定在0.6MPa。溢流阀起到调节系统压力的作用。当系统压力过高或油泵流量过大时,油液经过溢流阀回到油底壳,从而起到了稳定压力的作用。设定当溢流阀位移达到最大时,冷却润滑系的油路压力为0.45MPa。压力调节阀调节主油路压力,同时控制进入冷却润滑系的流量,实现大、小电机的冷却、轴承的润滑。在主油路中设置一蓄能减振器D1,吸收主油路的压力冲击,尽量避免油路压力的振荡。3.2电磁阀控制油路制动器元件操控系统由减压阀、电磁阀、电磁阀主控阀、蓄能减振器(D2)组成。在纯电动模式下锁止发动机以避免发动机倒拖,减少功率损失。当整车运行在高速工况时(100~140)km/h锁止电机E1,避免电机E1频繁的正反转,提高效率。主油路压力稳定在0.6MPa,而电磁阀最大控制压力是0.4MPa,因此在主油路和电磁阀控制油路之间设计一个减压阀保证制动油路的正常工作;减压阀采用入口减压方式。在电磁阀控制油路中,采用线性比例电磁阀控制电磁阀主阀的通断,从而控制制动器的分离与接合。电磁阀为两位两通型式。由于电磁阀的流通流量小,如果完全靠电磁阀的通断直接控制进入制动油路的流量,无法满足制动时间的要求,因此需要一个电磁阀主控阀产生大流量和更高的压力来实现制动器的控制。当电磁阀SE_cv通电,电磁阀出口通路关闭,控制油路的油液推动电磁阀主阀阀芯移动,使得主油路与制动油路接通;制动油缸迅速充油,制动器元件接合以实现锁止功能。当电磁阀SE_cv断电,制动油缸中的部分油液经过单向阀泄油回到油底壳;控制油路的油液经过电磁阀泄油孔回到油底壳。在控制油路中设置蓄能减振器D2,其作用与蓄能减振器D1相同。3.3冷却润滑管路冷却润滑系统由冷却器、单向阀等组成。冷却润滑系统负责对两个电机的冷却、行星排齿轮、电机轴轴承的润滑。油液经过冷却器后进入到冷却润滑支路中,一路通过管路进入电机顶部,通过顶端分布的节流孔喷到电机的定子线圈上;一路通过管路到达轴承位置,通过节流孔流至润滑部位。当冷却系压力突然增大且高于0.27MPa时,大部分油液经过安全阀直接进入冷却润滑系,尽量减小对冷却器的压力冲击,延长使用寿命。混合动力汽车变速箱液压系统原理图,如图1所示。4液态模型的动态模拟4.1计算流体密度通过阀体边缘的流量公式:式中:Cd—流量系数;A—通过截面积;Δp—压降;ρ—流体密度。计算节流孔流量公式:式中:Cd—流量系数;A0—节流孔通过截面积。4.2非线性压力仿真根据文献的建模方法和使用Mathcad软件的静态计算结果建立动态仿真模型。使用德国ITI-SimulationX多学科系统动力学仿真软件进行建模。运用面向对象的建模语言Modelica,通过编写算法来描述非标准阀体的动态特性和功能。通过以上所述的建模方法,利用ITI-SimulationX建立液压系统的仿真模型。4.3宽调制控制方式电机泵是液压系统的油源,转速(0~3000)rpm,采用脉宽调制(PWM)控制方式。排量7cm3,效率为80%。液压系统工作温度为(-20~120)℃,系统主油路压力稳定在0.6MPa,在此情况下得出仿真结果。制动元件参数,如表1所示。5电磁阀dna仿真液压系统各油路压力变化曲线,如图2所示。主油路压力稳定在0.6MPa左右,在电磁阀上电的短时间内压力会有短暂的波动。无论电磁阀通电与否,冷却润滑系压力基本维持在0.27MPa,从而保证液压系统正常而稳定的工作。电磁阀最高控制压力是0.4MPa,此时电磁阀产生的最大电流是1A。电磁阀产生的电磁力与油液在电磁阀进口处产生的液压力相平衡。当电磁阀电流减小,产生的电磁力减小,电磁阀流通面积增大,因此主控阀开度减小。仿真时,当电磁阀上电后电流迅速由0增大至1A,电磁阀控制压力随之迅速增大。制动器接合后电磁阀电流保持在1A。电磁阀断开后电流迅速减小至0。制动器压力曲线,如图3所示。当电磁阀上电后,制动油路油压迅速增大至0.6MPa。按照设计要求,制动器最大闭合时间是0.7s。仿真结果满足设计要求。冷却润滑系流量曲线,如图4所示。冷却润滑系流量基本保持在16L/min,电机E1、E2流量分别为4L/min,5.8L/min,满足了冷却润滑系统的设计要求。仿真曲线中冷却润滑流量有两次出现瞬时降低的情况,这是因为制动油缸迅速充油引起了冷却润滑系流量瞬时的下降。制动器接合后冷却润滑系流量恢复正常。因为制动油缸充油的时间很短,对冷却润滑系几乎没有影响。电磁阀SE_cv通电,制动器B1工作;电磁阀SE_sv通电,制动器B2工作。从图5中可以看出,流入制动器的流量能够非常迅速地充满制动油缸,制动流量符合设计要求。电磁阀断电后,制动油缸也能迅速地泄油,使摩擦片分离。由于泄油回路中存在单向阀,这样可以保证通往制动器的油路中始终有油液,一方面可以保证制动器工作时能够迅速充满油缸,另一方面也可以避免气蚀现象。6确定元件参数(1)设计了一混合动力汽车变速箱液压系统。根据变速箱结构方案设计出一种液压