湿式双离合器变速器节能型液压系统

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2013年第1O期 液压与气动 19DOI：10．11832／j．issn．1000—4858．2013．10．005湿式双离合器变速器节能型液压系统郭晓林，于诏城，马 瑾，刘国强，刘 杰Energy-saving Hydraulic System of Wet Dual-clutch TransmissionGUO Xiao—lin，YU Zhao-cheng，MA Jin，LIU Guo—qiang，LIU Jie(装甲兵工程学院 机械工程系 ，北京 100072)摘 要：对湿式双离合变速器节能型液压系统组成及其工作原理进行了分析，并利用AMESim软件对离合器压力控制系统进行仿真研究，明确该系统的工作原理与工作特性。通过台架实验验证了仿真模型的正确性，为下一步控制策略的制定及控制系统的开发提供依据。

关键词：双离合器；节能；液压系统；AMESim中图分类号：TH137；U463．51 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)10-0019-04引言双离合器自动变速器(Dual Clutch Transmission简称 DCT)是在平行轴式手动机械变速器(AMT)基础上发展起来的 自动变速系统，它继承了 AMT传动效率高、安装空间紧凑、质量轻、价格低等许多优点，而且可以像液力自动变速器(AT)那样实现动力换档?。由于 DCT有机地集成了 AT和 AMT在舒适性和经济性方面的优点，使得这种 自动变速器 已经得到广泛的应用 。

但是，现有的湿式双离合器自动变速器液压控制系统存在着流量使用不合理、功率损失大、温升较大和油液易污染、工作可靠性不高的问题，针对现有技术的不足，本研究提出一种结构合理、节能减排效果好、效率高的用于湿式双离合器自动变速器的节能型液压控制系统。

1 节能型液压控制系统工作原理节能型液压系统原理如图 1所示。相对于目前的湿式双离合器的液压系统，节能型液压系统具有结构简单，集成度高，能耗低等优点 j。在蓄能器后部设置有两个分支，分别是奇数挡离合器和偶数挡(二、四、六挡)、倒挡(R挡)液压控制回路及偶数挡离合器和奇数挡(一、三、五、七挡)液压控制回路。根据其功能特点可以分为：蓄能器压力调节系统、主压力控制系统、离合器压力控制系统、换挡执行系统和离合器冷却润滑系统。

节能型液压系统的液压泵采用小流量内啮合齿轮泵，该泵通过电机驱动，为整个系统提供压力油液。在泵出油口处安装有溢流阀，当输出油液压力高于限定值时，该阀会自动打开，使油液流回油箱，达到限压的目的。

蓄能器压力调节系统(蓄能器、压力传感器、单向阀)控制主油路压力。该系统设置蓄能器后，在非工作期间，油泵向蓄能器充油；在工作期间，根据压力传感器检测的输出压力，蓄能器可以单独也可以与油泵一 起向执行元件供油，这样就可以采用一个很小的泵和电机来完成工作，大大减小了动力机的功率。采用液压蓄能器作为液压系统的辅助能量源，减小了液压泵的排量和驱动功率，可以大大降低能源消耗，降低设备运行成本。

主压力控制系统由小流量比例压力阀、节流口等组成。小流量比例压力控制阀的进油 口与蓄能器相连，出油口分别与离合器压力控制阀和若干个换挡机构比例流量控制阀的进油口连接，泄油口与油箱相连，用来为离合器控制油缸和换挡操纵油缸提供较高设定压力的液压油。

离合器压力控制系统 (大流量比例压力阀、离合收稿 日期：2013-05—23作者简介：郭晓林(1974一)，男 ，河北邢台人，副教授 ，博士，主要从事军用车辆总体技术方面的科研与教学工作。

20 液压与气动 2013年第 10期厦舷趟小流量比例压力阀A 1日l 比例厣力阀A 比例流量阀A1 比例流量阀A2蓄能器大流量比例压力阀A压力传感器比例压力L[_ 堡鏊挡 l 俐大流量比例压力阀B图1 节能型液压系统原理图器压力控制阀、蓄能器、离合器油缸和相应的节流 口)可以分为快速充油回路和精确控制回路。快速充油回路由大流量比例压力阀实现，用来在离合器结合过程的前期向离合器控制油缸中快速充油，消除离合器摩擦片之间的间隙。同时，在离合器分离过程的后期，将离合器控制油缸与泄油口连接，起到快速泄油的作用。

精确控制回路由离合器压力控制阀实现，用来在离合器结合过程的后期，即离合器摩擦片之间的间隙消失之后精确控制离合器控制油缸中的压力上升规律。另外，在离合器分离过程的前期，可以精确控制离合器控制油缸中的压力下降规律。

换挡执行系统包括比例流量阀、换挡操纵油缸。

当比例流量控制阀向无杆腔提供压力油时，换挡操纵油缸的无杆腔和有杆腔压力相等但活塞作用面积不同，无杆腔活塞作用面积大而有杆腔活塞有效作用面积小，所以换挡操纵油缸活塞将向有杆腔运动。当比例流量控制阀泄油时，换挡操纵油缸活塞将向无杆腔运动。

离合器冷却润滑系统是一个独立的系统，专门用来保证湿式离合器润滑和冷却的需要。它由循环油泵、润滑油箱、热交换器和管路组成。循环油泵直接由发动机驱动，在循环油泵的吸油口一侧设置有一个吸油控制阀，它可以控制离合器的冷却润滑流量。散热器设置于油泵的出油管路上，用来对油液进行冷却。

油液经过散热器后被输送到奇数挡离合器和偶数挡离合器的摩擦副表面，进行冷却和润滑。

统下面对离合器压力控制系统进行重点分析，它在节能型液压控制系统中起着至关重要的作用。

2 离合器压力控制系统2．1 快速充油回路离合器快速充油回路如图2所示。油液经过蓄能器压力调节系统后，进人大流量比例压力阀，实现对离合器控制油缸的快速充油。当比例电磁铁输入控制电流时，衔铁推杆输出的推力推动阀芯运动，与作用在阀芯上的液压力平衡，从而决定了滑阀开度值，该比例压力阀开度值变化微小，若忽略液动力的影响，则可认为在平衡条件下，这种比例压力阀所控制的压力与比例电磁铁的输出电磁力成正比，从而与输入比例电磁铁的控制电流近似成正比。图3为离合器快速充油回路仿真模型图。

图2 离合器快速充油回路结构原理图在仿真中，恒流源设定为 10 L／min，对小流量比例压力阀输入斜坡信号，信号时长 1 S，占空比从0增加到 100％。大流量比例压力阀输出压力与占空比(r)2013年第lO期 液压与气动 21图3 离合器快速充油回路仿真模型图lO86420． 20图 4 压 力随占空比变化 曲线关系曲线如图4所示，当占空比小于15％时，比例电磁铁处于死区，占空比为 15％ ～20％时阀芯克服摩擦阻力、油液粘滞阻力及弹簧弹力运动到某一位置，使比例压力阀处于进油状态，随着电流的进一步增大，输出压力基本呈线性增长，并且输出压力与输人占空比近似成正比关系，线性度较好。图5为离合器油缸活塞位移随占空比变化的曲线。从图 5可以看出，当占空比大于20％，活塞位移与占空比成正 比关系，而且线性度很高。

图 5 活塞位移 随 占空比变化 曲线2．2 精确控制回路液压油经过蓄能器压力调节系统、主压力控制系统后，进入离合器压力控制阀，对进入离合器控制油缸的压力精确控制。离合器压力控制阀相对于液压系统的其他比例阀具有高线性度、高精度的特点。离合器精确控制回路如图6所示。

从图6中可以看出，离合器压力控制阀没有弹簧，比例电磁铁输出的力直接与作用在阀芯上的液压力平衡，加快：了阀芯的响应速度。另外，该阀用来控制自动变速器的离合器油缸，在离合器的接合与分离过程中会产生振动，从而导致油压波动，而 f处的弹簧蓄能器能够起到一个缓冲的作用，从而削弱振动。

缸图6 离合器精确控制回路结构原理图离合器压力控制阀仿真模型如图7所示，图7中A、B分别代表图6中压力控制阀的h、g两处滑阀开度，图7中c、D分别代表比例压力阀中的图6的i、j两处节流孔，其中图中 E为缓冲蓄能器。

如图6所示，从小流量 比例压力阀输出的压力油经过进油口c进人比例压力阀，经过滑阀开度 g进行降压，最后输入到离合器活塞，从而控制离合器的接合与分离。但是离合器的油腔容积有限，而且在工作时也并不是一直向活塞中充油，因此从 d输出的液压油需要经过滑阀开度 h流入回油油路，产生流量，来保证流经h开度的压降稳定，从而保证离合器活塞压力稳定，当阀芯处于最左端时，离合器活塞压力经过 h开度完成卸压。

图 7 离合器压力控制阀仿真模型在仿真中给压力控制阀输入斜坡信号，该信号在10 s内，占空比由0～100％，恒压源为20 bar。图8为压力控制阀压力占空比响应曲线，可以看出占空比在10％ ～85％之间线性度较好，在这个区间之外该阀对压力的控制存在死区。图9为压力控制阀阀芯位移曲r ^ .

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O 0 0 0 0 0 O 0 IIH—II、22 液压与气动 2013年第 10期线，可以看到该阀在首末两端不具有可控性，而占空比在 10％ ～85％之间，可以通过控制阀芯的位移调整该阀的输出压力，并且输出的压力线性度较高，满足对离合器压力精确控制的要求。

1．21．00．8毒0．60．40．20．00图8 压力响应曲线图 9 阀芯位移响应 曲线如图6所示，比例压力阀存在两个节流孔 i、j对压力控制阀的响应速度产生较大影响。在两次仿真过程中，分别输入占空比为 70％阶跃信号，如图 1O、图 11所示，随着节流孔 i与节流孔J直径的减小，压力响应时间变长，超调量也变大，对系统不利。当然两个节流孔的直径也不是越大越好，恰当地选择两个节流口的直径，可以更好地控制离合器油缸的压力。

图10 i处节流口的压力响应曲线图 l1 j处节流口的压力相应 曲线3 台架试验由于用 AMESim仿真分析对节能型液压系统做了一 定程度的结构简化，需要通过实验对仿真结果验证。

本研究主要对离合器精确控制回路进行了试验，如图 l2所示 。

1．油箱 2．溢流阀 3．流量二次仪表 4．压力二次仪表5．DCT阀组 6．压力表 7．电机 8变频柜图12 DCT液压系统实验台实验结果如图13所示，可以看出与仿真结果尽管存在误差，但是两者基本吻合，验证了仿真模型的正确性。对比分析可以看出，仿真模型做了一定程度的理想化处理，使仿真结果更加理想。从图 13可以看 ，离合器压力控制阀的有效区间为25％ ～90％，死区范围要比仿真结果大一些。

图 13 离合器压力控制 阀随 占空比变化曲线4 结论本研究对湿式双离合变速器的节能型液压系统进行了介绍，利用 AMESim软件对离合器压力控制系统进行仿真分析，并通过台架试验验证了离合器精确控制回路的仿真结果，为下一步压力控制器的设计及控制规律的开发提供了依据。

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