基于AMEsim的某大功率深度混合動力變速箱液壓系統仿真分析

朱鵬威，張彤，劉波波，盧明，陽華萍，翟光勇

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基于AMEsim的某大功率深度混合動力變速箱液壓系統仿真分析

朱鵬威1，張彤3，劉波波2，盧明1，陽華萍1，翟光勇3

（1.科力遠混合動力技術有限公司 變速箱開發部，上海 201501；2.科力遠混合動力技術有限公司 系統控制部， 上海 201501；3.科力遠混合動力技術有限公司 研發中心，上海 201501）

在分析某大功率深度混合動力變速箱液壓控制系統的基礎上，分別建立系統中各主要控制閥體的仿真模型，并根據液壓控制系統原理建立某深度混合動力變速箱液壓控制系統模型。以3檔降2檔為例子，進行某深度混合動力變速箱液壓系統換擋過程系統分析。仿真結果表明，模型輸出結果與實驗結果基本一致，驗證了理論分析和建模方法的正確性，為某深度混合動力變速箱液壓控制系統的開發和設計奠定了基礎。

大功率混合動力變速箱；液壓控制系統；AMEsim；仿真分析

前言

混合動力變速箱是由雙電機及行星齒輪系統構成的能量分流式汽車自動變速箱，依靠電機的驅動與調節以及齒輪傳動組合的方式實現運動與動力的傳遞。依靠行星齒輪系統實現整個變速系統的能量分流以及高效運用。裝有混合動力變速箱系統的車輛起步平穩，駕駛感受棒，加速性能好，油耗低。同時具有較好的動力性與低燃油消耗性。[1-2]某深度混合動力變速箱換擋過程的實現是通過整車控制器給出控制信號控制液壓系統驅動液壓執行元件進行動作實現的。分析總成級液壓系統及各液壓閥工作狀態是開發液壓控制系統的關鍵。[3]AMESim ( Advanced Modeling Environment for Perfor -ming Smiulations of Engineering Systems ) 是法國Imagine公司推出的液壓/機械系統建模、仿真及動力學分析軟件，利用AMESim軟件可以對自動變速器工作過程進行有效的仿真[2]，也可以利用該軟件系統在液壓領域強大的建模、分析功能。[4-5]

1 某深度混合動力變速箱液壓控制系統分析

某深度混合動力變速箱液壓系統包括油液供給油壓調節、電機離合器系統冷卻、齒軸系統潤滑、傳動系統安全保護、離合器換擋操控及離合器換擋品質控制等子系統。由于某深度混合動力變速箱液壓控制元件集成度高，油路復雜。使用換擋操縱油路近似代替某深度混合動力變速箱液壓系統油路進行分析[6]。圖1為某深度混合動力變速箱液壓系統油路原理圖。

圖1 液壓控制系統原理圖

某深度混合動力變速箱液壓控制系統依靠外置電動油泵供油。油泵的轉速隨油泵控制電機的轉速變化，而電機轉速變化由整車控制器根據整車狀態進行控制，當油泵轉速變化時系統流量也隨之發生變化。進出口流量由油泵轉速決定，壓力由液壓閥板進行控制。當整車上電以后，液壓閥板電磁控制閥開始通電，離合器開始根據需求結合，進行機械傳動。

2 某深度混合動力變速箱液壓控制系統建模

2.1 主壓力調節閥

圖2 主壓力調節閥原理

某深度混合動力變速箱液壓系統的主調壓閥一端呈變截面形狀，采用2級截面控制結構，當不同的控制反饋油壓作用在其不同截面上是會產生不同的反饋作用力，其作用力與先導反饋力相平衡，其原理如圖2所示。主壓力調節閥共有2個反饋油路，即先導電磁閥控制油路、主油路壓力反饋油路，這兩者不同的壓力狀態可以保證所調節出來的主油壓為變速箱不同檔位提供其所需壓力。

在AMEsim軟件中閥芯子模塊只有一端承受液壓力，所以通過設定平衡子系統的受力面積來平衡模型中因兩端受力而導致系統不平衡的力，以達到與實際閥體受力相符。根據主壓力調節閥原理，建立的模型如圖3所示。

1.閥芯反饋系統；2.3.閥芯主調節系統；4.彈簧系統； 5.閥芯質量；6.7.8系統輸入

2.2 壓力限制閥

壓力限制閥本質上是一個定值減壓閥，用于提高先導電磁控制閥及電磁開關閥的入口油壓穩定性并保護先導控制電磁閥輸入壓力不超標。其原理如圖4所示，輸入壓力端為主油路油壓，輸出載荷端為先導輸入油壓，先導輸入油壓同時也是閥的反饋油路，做為閥的驅動壓力。

圖4 壓力限制閥原理

根據壓力限制閥原理，建立如圖5所示的模型。壓力限制閥模型以主油路油壓作為輸入，先導控制油壓做為輸出，依靠閥芯反饋系統也就是先導控制油壓反饋作用于閥芯左端來平衡彈簧的作用力，使閥芯保持動態平衡。

1.閥芯反饋系統；2.3.閥芯主調節系統；4. 彈簧系統； 5.閥芯質量；6.7.系統輸入

2.3 檔位切換閥

檔位切換閥本質上是一個兩位四通液控滑閥，用于控制液壓系統中駐車活塞及B1離合器的檔位切換。其原理如圖6所示，輸入壓力端為主油路油壓，輸出載荷端1及載荷端2為檔位切換油路，控制油路反油壓是檔位切換閥的控制油路，做為閥的驅動壓力，用于控制閥芯狀態切換。

圖6 檔位切換閥原理

根據檔位切換閥原理，建立如圖7所示的模型。檔位切換閥模型以主油路油壓作為輸入，特定液壓控制元件油壓做為輸出，依靠控制元件專屬控制油路反饋作用于閥芯左端來平衡彈簧的作用力，使閥芯保持動態平衡。

1.閥芯反饋系統；2.3閥芯主調節系統；4. 彈簧系統； 5.6閥芯主調節系統；7.閥芯質量；8.9.10.11.12系統輸入

2.4 冷卻潤滑油路旁通閥

旁通閥本質上是一個單向溢流球閥，用于控制液壓系統中冷卻潤滑油路低溫高壓狀態時的溢流開啟，以減少潤滑油路高壓時通過散熱器產生的功率損失，并且在冷卻器堵塞的情況下能使冷卻潤滑油路獲得油液。其原理如圖8所示，輸入壓力端為冷卻油路油壓，輸出載荷端1為冷卻器后潤滑油路，冷卻油路油壓做為閥的驅動壓力。

圖8 旁通閥原理

1.閥芯主調節系統；2. 彈簧系統；3.閥芯質量；4.5.系統輸入

根據冷卻潤滑油路旁通閥原理，建立如圖9所示的模型。旁通閥模型以冷卻潤滑油路油壓作為輸入，依靠冷卻潤滑油路系統油壓反饋作用于閥芯左端來平衡彈簧的作用力，使閥芯保持動態平衡。

2.5 冷卻油路溢流閥

旁通閥本質上是一個單向溢流球閥，用于控制液壓系統中冷卻潤滑油路高壓狀態時的溢流開啟，以防止潤滑油路高壓時對散熱器產生的破壞、防止冷卻油路堵塞產生的超高壓對油泵造成損壞。其原理如圖10所示，輸入壓力端為冷卻油路油壓，輸出載荷端1為油底殼，冷卻油路油壓做為閥的驅動壓力。

圖10 冷卻油路溢流閥原理

根據冷卻潤滑油路溢流閥閥原理，建立如圖11所示的模型。溢流閥模型以冷卻潤滑油路油壓作為輸入，冷卻潤滑油路系統油壓反饋作用于閥芯左端來平衡彈簧的作用力，使閥芯保持動態平衡。

1.閥芯主調節系統；2. 彈簧系統；3.閥芯質量；4.5.系統輸入

2.6 先導電磁閥

某大功率混合動力變速箱的先導電磁閥采用線性電控比例閥，在結構上有常高與常低兩個基本類型，其原理如圖12所示。輸入電流信號時，閥芯在電磁力的作用下被推動使閥芯產生一定開口度，從而輸出一定壓力油液。進而控制主調壓閥輸出不同的主油壓。

圖12 先導電磁閥、調壓電磁閥原理

先導調壓閥的控制是通過改變控制電流大小，從而改變電磁鐵輸出電磁力的大小，實現對閥口開度的控制。利用AMESIM軟件建立先導電磁閥模型（如圖13），模型中用電流與電磁力的函數關系來模擬電磁力對閥芯的作用。[7]

1.5.6系統輸入；2.溢流閥模塊；3.函數換算輸入模塊； 4.電流換算輸入模塊

圖13 先導電磁閥模型

2.7 比例調壓電磁閥

比例調壓電磁閥同樣采用線性電控比例閥，在結構上有常高與常低兩個基本類型，其原理與先導比例電磁閥類似（如圖14所示）。輸入電流信號時，閥芯在電磁力的作用下被推動使閥芯產生一定開口度，從而輸出一定壓力油液。進而控制離合器輸出不同的扭矩。

1.5.6系統輸入；2.溢流閥模塊；3.函數換算輸入模塊； 4.電流換算輸入模塊

3 某深度混合動力變速箱換擋過程仿真分析

3.1 液壓控制系統模型建立

將前述建立的主油路壓力調節閥、壓力限制閥、檔位切換閥、冷卻潤滑油路旁通閥、冷卻油路溢流閥、先導電磁閥、比例調壓電磁閥的子零部件級仿真模型進行組合并集成，各模型之間通過虛擬油路連接，根據圖1液壓控制系統原理圖連接各部分，建立起如圖15所示的液壓控制系統的總成級模型[8]。

圖15 液壓控制系統模型

3.2 仿真結果分析

3.2.1模型驗證

為了驗證仿真模型的正確及準確性，在模型中輸入線性的電流信號進行仿真(如圖16所示)，得到先導電磁閥輸出油壓、主油路油壓分別如圖17、18所示。

圖16 線性電流信號

圖17 先導電磁閥輸出油壓

圖18 主油路油壓

由仿真結果可知，在線性的電流信號情況下，先導電磁閥油壓輸出在電磁閥死區后輸出特性是接近于線性的，從而導致其控制的主油路油壓在電磁閥死區后輸出特性是接近于線性的，與主油路壓力控制的設計方向吻合。

3.2.2仿真結果與試驗數據對比分析

本文以某混合動力變速箱3檔降至2檔的換擋過程為研究對象進行仿真。并將仿真結果與液壓系統臺架試驗、整箱臺架試驗進行對比分析。

圖19 調壓閥電流

圖20 主油路壓力變化值

3檔降至2檔的換擋過程的過程本質上是B2制動器充油結合的過程，也就是先導電磁閥電流增加和B2比例電磁閥增加。依據試驗測到的電流值變化，初步擬定了模型進行仿真測試用的電流變化如圖19所示，并以此做為輸入進行仿真，結果如圖20、21所示，圖22為試驗中檢測出的3檔降2檔過程中B2制動器控制油壓變化規律。

圖21 B2比例閥出口壓力變化值

圖22 B2制動器油壓變化規律

對比圖21、22可知二者輸出結果總體上趨勢基本一致，誤差在接受范圍以內，從而進一步驗證了本文對混合動力變速箱液壓控制系統分析及仿真模型研究方向的正確性。

4 結語

在對混合動力變速箱液壓控制系統進行詳細分析的基礎上，利用AMEsim軟件分別建立主油路調壓閥、先導電磁閥、比例電磁調壓閥等主要液壓系統零部件的仿真模型[9-10]，并根據實際的液壓控制系統油路原理圖建立了混合動力變速箱液壓控制系統總成級模型，最后進行了3檔降2檔的仿真試驗。仿真結果表明，仿真模型的輸出結果與試驗結果表現出較為良好的一致性，驗證了理論分析和仿真建模的正確性。為混合動力變速箱液壓控制系統的開發和設計及后期優化奠定了基礎。

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Simulation Analysis of High-Power Deep Hybrid Transmission Based on AMEsim

Zhu Pengwei1, Zhang Tong3, Liu Bobo2, Lu Ming1, Yang Huaping1, Zhai Guangyong3

（1.Corun CHS Technology CO., LTD Transmission Development Department, Shanghai 201501; 2.Corun CHS Technology CO., LTD Systems Control Department, Shanghai 201501; 3.Corun CHS Technology CO., LTD R&D Center, Shanghai 201501）

Based on the analysis of the hydraulic control system of a high-power deep hybrid transmission, the simulation models of the main control valves in the system are respectively established, and the hydraulic control system model of a certain depth hybrid transmission is established according to the principle of the hydraulic control system. Taking the 3rd gear and the 2nd gear as an example, the system analysis of the gear shift process of a certain depth hybrid transmission is carried out. The simulation results show that the output of the model is basically consistent with the experimental results, which verifies the correctness of the theoretical analysis and modeling methods and lays the foundation for the development and design of a hydraulic control system for a deep hybrid transmission.

high-power deep hybrid transmission; hydraulic control system; AMEsim; simulation analysis

A

1671-7988(2019)05-116-05

U463.22

A

1671-7988(2019)05-116-05

U463.22

朱鵬威（1993-），男，本科，混合動力變速器液壓設計工程師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.035