基于AMESim优化自动变速箱液压离合器动作时间.pdf

Hydraulics Pneumatics&Seals/No.8.2023doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2023.08.019基于AMESim优化自动变速箱液压离合器动作时间赵都都1.2,杨强强1.2（1.中科雷司达（河南)科技有限公司,河南洛阳47 1 0 0 0；2.洛阳雷斯达传动有限公司，河南洛阳47 1 0 0 0）摘要：在自动变速箱设计中，液压离合器作为重要部件，其动作时间在换挡平顺的前提下，要求尽可能的短，以提高换挡效率和液压离合器的使用寿命。以某型号自动变速箱的单个液压离合器为例，进行了结构与工作性能的仿真分析，初步获得满足要求的设计参数,并以此参数加工离合器样件，通过在离合器测试台上测试动作时间，验证了仿真结果的正确性，对于自动变速箱的设计开发具有指导意义。关键词：液压离合器；变速箱；AMESim；液压系统中图分类号：TH137;U463.22+1.4(1.Chinese Medicine Reastar(Henan)Technology Co.,Ltd.,Luoyang 471000,China;2.Luoyang Reastar Transmission Co.,Ltd.,Luoyang 471000,China)Abstract:As an important component in the design of automatic transmission,the consumed time of hydraulic clutch action should be as shortas possible to improve the efficiency of shifting and the service life of the clutch,under the premise of smooth shiting.Takeing a singlehydraulic clutch of certain type automatic transmission as an example,we investigate the structure and working principle of the clutch.Then wemake a simulation analysis and obtain the design parameters of the clutch,which meet the designed requirements.Based on these parameters,we produce a prototype clutch.By testing the action time on the clutch test bench,we verify the correctness of the simulation results.It showsthat the results of this paper can be seen as a guidance for the design and development of automatic transmission.Key words:hydraulic clutch;transmission;AMESim;hydraulic system0引言目前，自动变速箱（AT）在乘用车、商用车以及各种工程车辆中有着较为广泛的应用。随着社会的发展，人们对自动变速箱换挡品质的要求越来越高。液压离合器是自动变速箱中非常重要的部件，它的性能直接影响自动变速箱的换挡品质。而评价一个液压离合器性能的好坏，最理想的状态就是在换挡平顺的前提下，动作时间（接合与分离）尽可能的短。影响液压离合器动作时间的因素有很多,针对液压离合器动作时间的优化设计，传统的方法就是反复的测试与更改收稿日期：2 0 2 3-0 3-1 6作者简介：赵都都（1 9 9 1-），男，河南洛阳人，助理工程师，学士，研究方向：自动变速箱液压系统设计开发、液压设备开发。文献标志码：AOptimizing Action Time of Automatic Transmission HydraulicClutch Based on AMESimZHAO Du-dul-2,YANG Qiang-qiang-?文章编号：1 0 0 8-0 8 1 3(2 0 2 3)0 8-0 1 0 1-0 4结构浪费财力与人力。随着工程师们对自动变速箱设计新技术的不断探索，各种仿真软件投入使用，AMESim就是其中较为主流的一款仿真软件。本研究首先对自动变速箱液压离合器的结构与原理进行介绍,并分析影响液压离合器动作时间的因素，通过液压离合器结构特点进行AMESim液压系统建模，对比分析不同的设定参数下的离合器动作时间，初步得到符合要求的设计参数。并以此参数加工离合器样件,通过在离合器测试台上测试动作时间,验证了仿真结果的正确性,这对于自动变速箱的设计开发具有指导意义。1自动变速箱液压离合器原理与分析1.1液压离合器结构介绍以某型号自动变速箱的液压离合器为例,液压离101液压气动与密封/2 0 2 3 年第8 期合器主要由离合器毂、活塞、复位弹簧、摩擦片、钢片、主轴组成，每个液压离合器通过电磁阀控制接合与分离。为保证传递扭矩要求，自动变速箱一般为多片（多组摩擦片与钢片）湿式离合器结构。在主轴内部设有润滑与离合器压力油道，润滑油道供油给摩擦片、钢片保证润滑与散热，离合器压力油道直接通向液压离合器活塞腔。为减小液压离合器动作时的液压冲击，延长液压元件的使用寿命，通常在液压离合器进油侧的离合器毂上设有较小的常泄油孔。当电磁阀信号切断时，常泄油孔还可以使液压离合器活塞腔内油液快速排出，从而使压紧的摩擦片与钢片迅速分离。1.2工作原理介绍自动变速箱控制换挡部分的液压系统原理如图1所示。M去润滑山1.主调压阀2.高压油滤器3.主油泵4.吸油过滤器5.变速箱油底壳6.电磁阀7.液压离合器图1 自动变速箱液压离合器部分原理图主油泵3 从变速箱油底壳吸油并转化为压力油之后分为两路，一路液压油推开主调压阀1 进人润滑油路,另一路液压油同时进入每个电磁阀的P口，等待电磁阀信号。所有的电磁阀为常闭结构的比例电磁阀，电磁阀断电状态下进油口P不通，而液压离合器活塞腔的进油道经电磁阀工作油口A与回油口T连通,这意味着电磁阀断电时液压离合器活塞腔内部无压力，液压离合器内部的摩擦片和钢片之间存在间隙可以相对转动。当某个电磁阀得电时，电磁阀的阀芯随着电流的大小而产生位移,其进油口P逐渐与工作油口A连通,压力油经过P一A进人液压离合器活塞腔,并有一部分压力油经离合器毂常泄油孔泄漏至油底壳。随着液压离合器活塞腔逐渐充满，活塞与摩擦片和钢片之间的空行程消失，活塞腔内部压力会快速升高至要求压力值，从而压紧摩擦片与钢片，液压离合器接合完成。当电磁阀断电时，电磁阀的进油口P切换至关闭102状态,工作油口A切换至与回油口T连通,此时液压离合器活塞腔内的残余压力油一部分经进油道一电磁阀工作油口A一电磁阀回油口T排至油底壳，另一部分经离合器毂的常泄油孔直接排出至油底壳，直到活塞腔内部残余油压和油液排空，活塞被复位弹簧推回初始位置，摩擦片与钢片之间恢复间隙，液压离合器分离完成。1.3景影响液压离合器动作时间的因素分析通过分析以上工作原理可以得知，影响液压离合器动作时间的主要因素分别是实际进出液压离合器活塞腔的流量和液压离合器活塞腔的容积。其中液压离合器活塞腔的容积主要由活塞缸径、活塞杆径以及液压离合器行程等机械结构决定，本研究在这仅分析液压问题,即进出液压离合器活塞腔的流量。进出液压离合器活塞腔的流量为电磁阀输出油量与泄漏量之差，其中电磁阀的输出油量由电磁阀的电流信号大小控制。但实际上会经常遇到即便电磁阀的去离合器6A电流信号开到最大，所输出的流量还是不能满足要求的问题,这是由于电磁阀的最大输出流量会受到电磁阀本身结构限制，以致于达到了电磁阀的饱和流量。因此，进出液压离合器活塞腔的流量很大一部分由泄漏量影响，它主要由离合器毂常泄油孔的直径决定。理论上来说，常泄油孔的孔径越小，液压离合器接合时间越短，但脱开时间越长；相反，常泄油孔的孔径越大，液压离合器接合时间越长，但脱开时间越短。因此我们在本研究中将重点分析离合器毂泄油孔直径的影响，通过仿真建模，分别设定多种直径，对比液压离合器动作时间的变化，初步确定最优的孔径尺寸，并以此孔径加工样件进行测试验证。2自动变速箱液压离合器AMESim建模2.1仿真的目的和意义为保证自动变速箱能够快速、平顺的换挡，作为自动变速箱重要组成部件的液压离合器，要求其在保证换挡平顺的前提下动作时间（接合与分离）尽可能的短。通过AMESim对变速箱液压离合器建模仿真，可在降低产品开发成本的同时,缩短设计周期,并且通过不断的仿真优化，最终得到一个可靠的液压系统。2.2液压系统模型建立首先对电磁阀油道、液压离合器结构进行特征分析,基于油道和结构的特点进行AMESim液压系统建模。本研究以其中一个液压离合器为例进行建模，并将供油部分进行了简化，液压模型如图2 所示。Hydraulics Pneumatics&Seals/No.8.20233仿真与分析山运行仿真，得到的仿真结果如图3 所示，液压离合2541.压力源2.电磁阀及阀体油道3.进油管路4.液压离合器常泄油孔5.液压离合器图2 电磁阀及液压离合器仿真模型2.3液压离合器接合分离过程分析压力源1 表示变速箱换挡主油路，为电磁阀2 持续供油，电磁阀2 为常闭结构,断电状态下压力源1 的压力油无法通过电磁阀2 进人液压离合器5。液压离合器接合：电磁阀2 得电，电磁阀随着电流控制切换至工作位，压力源1 的压力油经进油管路3进人液压离合器5 的活塞腔，并伴随着液压离合器常泄油孔4的泄漏。随着活塞的前行，空行程消失，活塞接触并压紧液压离合器内部的摩擦片与钢片，液压离合器活塞腔内部油压快速升高并达到要求值，此时常泄油孔4可以吸收活塞腔内的一部分压力冲击，液压离合器接合完成。液压离合器分离：电磁阀2 断电，电磁阀2 切换至常闭位,切断压力源1 的供油并将液压离合器进油管路3 与电磁阀回油口连通。液压离合器活塞在复位弹簧作用下逐渐回位,活塞与钢片的间隙也逐渐恢复,此时活塞腔内部的液压油大部分经进油管路3、电磁阀回油口泄回油底壳，另一小部分经液压离合器常泄油孔4直接泄回油底壳，直到活塞腔内部残余压力消失，液压离合器分离完成。2.4参数设置电磁阀及液压离合器模型在AMESim中建立完成后，就需要进行参数的设定。本研究重点研究活塞泄油孔的变化对液压离合器接合、分离时间的影响。因此,我们使用AMESim的批处理功能来进行参数设定。根据系统设计要求，模型的主要设置参数如下：压力源1的压力设定为2 5 0 psi,液压离合器行程4mm，电磁阀的信号按照1 0 0%开度设定，仿真时间5 s，打印间隔0.01 s,最后使用批处理工具将泄油孔径分别设为2,2.5,3,3.5和4mm,要求液压离合器最快接合时间0.5 s,最快脱开时间0.3 s。器接合、分离时间数据见表1。43W/2100.51.0图3不同泄油孔径下的液压离合器活塞位移仿真曲线图表1 液压离合器接合、分离时间数据泄油孔径/mm接合时间/s2.00.422.50.453.00.48$3.50.51$4.00.53从仿真结果可以看出，随着孔径的增大，液压离合器最快接合时间越来越长，最快脱开时间越来越短。满足要求的孔径分别是2.5mm和3mm,理论上这两种孔径尺寸都可以采用。而一般情况下，我们倾向于更短的最快接合时间。这是因为自动变速箱的液压离合器在实际工作时是按照充油一保持爬升三个阶段进行，更短的最快接合时间可为离合器接合过程控制提供更多的穴余，因此我们选择2.5mm泄油孔径。4测试与验证为验证仿真结果的正确性，还需要进行实测验证，因此我们按照2.5mm的泄油孔来设计加工离合器样件，并在专用测试台（见图4）上测试液压离合器的动作时间，然后将采集到的实测结果与仿真结果做对比。测试方法如下：（1）将液压离合器样机安装至测试台，关闭防护罩；103常泄油孔d=2 mm常泄油孔=2.5mm常泄油孔=3mm常泄油孔=3.5mm常泄油孔=4mm1.52.0t/s2.53.0脱开时间/s0.330.290.260.230.213.54.0（3）打开电机，将测试台油压设定为2 5 0 psi；（4）测试台集成液压离合器控制系统，通过操作面板上的旋钮控制液压离合器接合、分离；（5）测试过程中,由CAN通讯实时采集测试台压力传感器油压变化，并在CANCapture软件中显示，我们可通过油压的变化来读取液压离合器的接合与脱开时间，液压离合器接合、分离实测曲线见图5。由液压离合器动作时间的实测曲线，可以得到接合时间为0.44s,分离时间为0.3 0 s，这与仿真结果的液压气动与密封/2 0 2 3 年第8 期图4液压离合器测试台35030025020015010050016.4 16.6 16.817.0 17.2 17.4 17.6 17.8 18.0 18.218.418.6350300250200150F100F50016.4 16.6 16.8 17.0 17.2 17.4 17.6 17.8 18.0 18.2 18.4图5 液压离合器动作时间实测曲线（2）连接数据采集模块；引用本文：赵都都，杨强强.基于AMESim优化自动变速箱液压离合器动作时间 J.液压气动与密封，2 0 2 3,43（8）：1 0 1-1 0 4.ZHAO Dudu,YANG Qiangqiang.Optimizing Action Time of Automatic Transmission Hydraulic Clutch Based on AMESim JJ.HydraulicsPneumatics&Seals,2023,43(8):101-104.1040.45s和0.2 9 s基本一致，仿真结果正确。5结论本研究以某型号自动变速箱的单个液压离合器为例,进行了结构与工作原理分析，通过理论分析找到影响液压离合器动作时间的因素。然后在AMESim仿真软件中建立液压离合器模型，对液压元件的相关参数进行设置，通过对比不同设定参数，初步得到了符合要求的孔径尺寸。最后以此孔径加工样件进行实测，验证了仿真结果的正确性，这对以后自动变速箱的设计具有指导意义。参考文献1 常同立.液压控制系统（上册）M.北京：清华大学出版t/s(a)接合t/s(b)分离社,2 0 2 2.2常同立.液压控制系统（下册）M.北京：清华大学出版社,2 0 2 2.3梁全，苏齐莹.液压系统AMESim计算机仿真指南 M.北京：机械工业出版社，2 0 1 4.4付永领，祁晓野.AMESim系统建模和仿真一一从人门到精通M.北京：北京航空航天大学出版社,2 0 0 6.5陈勇,郭立书,高炳钊.汽车变速器理论、设计及应用 M.北京：机械工业出版社，2 0 1 8.6胡宏伟.湿式自动离合器接合过程特性的研究 D.杭州：浙江大学,2 0 0 8.7孙涛.离合器对车辆起步抖动的影响研究 D.广州：华南理工大学,2 0 1 5.18.68王立勇,吴健鹏，李乐，等.湿式离合器控制信号对接合平稳性的影响 J.北京：北京信息科技大学学报（自然科学版),2 0 1 6,(2):6 8 -7 1,7 5.9王伊民，胡建飞，张伟，等.基于MPC的直驱式动力变速器离合器分级控制策略 J.机电工程,2 0 2 2,3 9（1）：1 8-2 5.