車輛動力換檔液壓緩沖閥動態響應特性研究

專題論文零部件設計17車輛動力換檔液壓緩沖閥動態響應特性研究>馬彪葉明2（1.北京理工大學車輛工程學院，北京100081；2北京北方車輛制造廠設計所）力性能。根據所設計的一種液壓緩沖閥，建立了其動態數學模型并對其動態特性進行了仿真分析和臺架試驗，分析了油液溫度、反饋油孔直徑和緩沖閥芯的重疊量對緩沖閥動態性能的影響。

　　5：A 1概述對于車輛動力換檔傳動裝置，其換檔操作是通過控制換檔離合器的結合或分離而完成的。而換檔過程中離合器（或制動器）摩擦力矩的變化對換檔品質起著決定作用，除了結構參數外，摩擦力矩主要取決于摩擦系數和換檔離合器油缸的壓緊油壓，這兩個因素在換檔離合器的結合過程中是變動的，而只有油壓能夠通過緩沖閥有效地進行控制。液壓緩沖閥在換檔過程中的特性是否合理影響到換檔過程中動力性損失的程度和能否實現離合器平穩結合，使車速平穩地過渡而達到改善換檔品質的目的。

　　因此，需要合理地確定和控制換檔過程中緩沖閥的油壓特性。傳統設計方法中主要采取穩態設計計算2，穩態計算中，無法考慮離合器、元件質量、管道以及油液粘度等參數對緩沖閥特性的影響。因此，需要建立反映系統真實工作的動態數學模型，對緩沖閥進行動態性能分析和預測，達到減少產品的研制風險，縮小開發周期的目的。

　　實際應用中有多種離合器油壓控制方法，所采用的控制系統原理和結構也大不相同。本文針對作者所設計的一種用于車輛動力換檔傳動裝置換檔控制液壓緩沖閥（如所示），建立了緩沖閥數學模型，采用MATLAB中的SIMULINK進行仿真研究，求解除了緩沖閥輸出壓力的動態變化規律及動態性能影響因素，并通過臺架試驗驗證了系統建模方法和仿真計算正確性。

　　2液壓緩沖閥結構和工作原理如所示，緩沖閥由液壓緩沖閥芯、緩沖彈簧和調壓閥芯協調配合，完成離合器的油的緩沖控制。

　　換檔過程中可以完成離合器充油過程壓力變化的三個階段。①快速充油階段一從ECU（電子控制單元）發出換檔指令到離合器油缸開始克服分離彈簧的預壓力，消除離合器摩擦片的間隙，使其達到貼合為止。在該階段中，緩沖閥芯在緩沖彈簧初始壓縮力的作用下，推動緩沖閥芯使系統進油口ps與輸出油口CL接通，快速向離合器及其油道內充油。

　　這段時間油壓特性影響到離合器的結合速度，當放油特性一定的情況下，這段時間長短影響到換檔過程中是否出現動力中斷及中斷的程度，從而影響到車輛加速過程中的動力性能。②緩沖升壓階段一從離合器摩擦片剛被壓緊達到完全接合且摩滑終止為止，這階段緩沖閥的油壓特性影響到換檔過程中變速箱輸出轉矩變化，因而對換檔過程中的品質起著決定性的影響。在該階段中，緩沖閥的輸出控制壓力PCL通過緩沖閥芯上的反饋油孔1作用到緩沖閥芯左端，與緩沖彈簧的變形量成比例變化，隨著輸出壓力pCL的不斷升高，輸出壓力經過節流孔2后作用到調壓閥的右端并推動調壓閥逐漸向左移動，將緩沖彈簧不斷壓縮，作用到緩沖閥芯左端的壓力與彈簧力相平衡并隨之增長。緩沖閥芯處于雙邊節流工作狀態，即p.s至CL與CL至T（系統回油口）同時處于節流狀態，當輸出壓力超出預定控制壓力值時，推動緩沖閥芯將p.s至CL節流邊關小，而將CL至T節流邊開大，使輸出壓力下降；當輸出壓力低于預定的壓力值時，在緩沖彈簧力的作用下推動緩沖閥芯向左移動，將CL和T節流邊關小，ps和CL節流邊開大，使輸出壓力提高。③階躍升壓階段一從②階段末開始至油缸的油壓急劇升到系統油壓，時間極短。在該階段中，調壓閥與緩沖閥芯右端相接觸，緩沖彈簧變形量不再增加，調壓閥與緩沖閥芯相當于構成一體，由于調壓閥直徑大于緩沖閥芯，因此在輸出油壓的作用下推動調壓閥將Ps和CL油口迅速開大，形成“階躍升壓”。“階躍升壓”階段是為了保證換檔離合器具有足夠的力矩儲備，當“緩沖升壓”階段結束后，緩沖閥的進油節流邊全部打開，使油壓急劇升到系統壓力；因該階段之前換檔過程已經結束，所以對換檔品質的好壞也沒有影響。

　　在離合器分離過程中，通過ECU使電磁閥斷電，實現切換油路，控制繼動閥推到右端工作位置，使緩沖閥芯將進油口關閉，而輸出油口CL和回油口T接通，離合器在回位彈簧的作用下放油，使離合器分離。通過離合器充油和放油控制，實現相應的換檔操作。

　　3系統動態工作數學模型本文假定：（1）電磁閥和繼動閥的動作在瞬間完成。（2）忽略油液的可壓縮性和摩擦力與油道泄漏的影響。按照系統組成，分別建立了緩沖閥芯、調壓閥芯的數學模型。（3）忽略電磁閥和繼動閥快速響應所需時間的影響。

　　3.1緩沖閥芯的數學模型緩沖閥芯的運動方程：x緩沖彈簧初始壓縮量；A，――緩沖閥芯左端承壓面積；其它參數同前。

　　如a所示，在快速充油階段和階躍升壓階段，緩沖閥芯工作在進油口A的閥口節流工作狀―緩沖閥芯直徑；xv閥口開度；Ps油源系統工作壓力，為恒定值；PCL緩沖閥輸出壓力；Cd―流量系數；P――油液密度；其它參數同前。

　　當離合器摩檫片被壓緊后，進入到緩沖升壓階段，此時流過節流邊A的流量很小，緩沖閥芯處于雙邊節流工作狀態，即進油口節流邊A和回油口節流邊B均處于節流工作狀態，如b所示。且有Qa~Qb，也就是：a――重疊量，即C和D之間的距離減去A和B之間的距離，在實際應用過程中，當0時為正重疊，當a<0時為負重疊，當a=0時為零重疊，本文采用正重疊結構形式；I油液的動力粘度；x―B與D之間距離；其它參數同前。

　　由此可以得出：：L= xa）緩沖閥芯上的節流孔Oi為細長孔，通過它的流量Qi表達式為：專題論文零部件設計19當只關心緩沖閥的特性時，其流量平衡方程為：4動態特性仿真與，快速充油階段的仿真計算和臺架試驗結果分別如b和b所示。對比仿真計算結果和試驗結果，仿真計算結果和試驗結果吻合較好，說明所設計的液壓緩沖閥能夠實現預定的緩沖特性，所采用的數學模型和仿真計算方法能夠反映液壓緩沖閥的動態特性。

　　改變不同油液溫度反饋油孔直徑時的液壓緩沖閥特性（下轉第27頁）鍍鉻其硬度可提高到HV1 000以上。YAG激光毛化所產生的（I）區的厚度稍薄，對于這層很薄的軟組織可采取強化處理，也可考慮適當增加hi（凸肩）來實現。YAG激光的輸出平均功率不能太低，尤其在高頻輸出時，應隨時檢測微凸肩的尺寸及硬度，以滿足以上的要求。

　　5結論激光毛化處理對于強化軋輥表面、提高使用壽命、提高乳制速度是有效的。

　　經激光毛化軋輥軋制的鋼板能夠滿足高映像清晰性、抗擦傷及抗粘結性的要求。

　　為同時滿足高映像清晰性、高抗擦傷及抗粘結性的要求，毛化的鋼板要滿足式（3）、（4a）、（4b）、（4c）、（5）、（6）的條件。

　　為軋制出上述高質量的鋼板，并保證軋輥有較高的使用壽命，軋輥的激光毛化后的形貌應滿足式（3）、（5）、（7a）、（7b）、（7c）的要求，其微粗糙體凸肩的硬度應不低于HV850.并應做到在線檢測。