干式DCT離合器活塞位移控制研究及試驗(yàn)

陳贛，曹有輝，邵立福，楊國(guó)鋒，劉飛，莊靜偉

(總裝工程兵科研一所，江蘇無(wú)錫214035)

雙離合自動(dòng)變速器(簡(jiǎn)稱DCT)是在平行軸式機(jī)械變速器基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新型自動(dòng)變速裝置，它不僅具備AMT 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力換擋，使整車具有優(yōu)良的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，具有廣闊的應(yīng)用前景［1］。濕式雙離合器的扭矩傳遞通過(guò)浸沒(méi)在油中的濕式離合器摩擦片來(lái)實(shí)現(xiàn)，而干式的則通過(guò)離合器從動(dòng)盤(pán)上的摩擦片來(lái)傳遞扭矩。由于省去了相關(guān)液力系統(tǒng)以及干式離合器本身所具有的傳遞扭矩的高效性，干式雙離合器系統(tǒng)在很大程度上提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，并使變速箱系統(tǒng)的效率得以顯著提高［2］。

1 干式DCT 液壓控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)

圖1 大眾DQ200 干式DCT 液壓控制系統(tǒng)油路原理圖

在干式雙離合自動(dòng)變速器中，擋位控制與離合器接合壓力控制均是通過(guò)液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的［3］。其液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、能耗低，根據(jù)功能特點(diǎn)可以分為:蓄能器壓力控制系統(tǒng)、主壓力控制系統(tǒng)、離合器接合壓力控制系統(tǒng)和擋位控制系統(tǒng)。干式DCT 液壓系統(tǒng)原理如圖1 所示。

雙離合器工作特性直接關(guān)系到車輛的正常行駛、起步及換擋品質(zhì)。為確保傳動(dòng)可靠、分離徹底、接合柔和、換擋快速、體積小、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)及制造簡(jiǎn)單等，無(wú)論從性能、結(jié)構(gòu)方面，還是生產(chǎn)制造方式和操縱控制方面，都對(duì)雙離合器提出了較高的要求［4］。

2 干式DCT 離合器活塞位移控制研究

圖2 干式DCT 液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

離合器接合壓力控制系統(tǒng)是干式DCT 中最關(guān)鍵的控制系統(tǒng)，直接影響干式DCT 的換擋品質(zhì)，其核心為離合器活塞位移控制技術(shù)［5］。干式DCT 液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖2 所示，離合器活塞及油缸如圖3 所示。

圖3 干式DCT 離合器活塞及油缸

油液經(jīng)比例減壓閥進(jìn)行壓力精確控制后，進(jìn)入比例方向閥，通過(guò)對(duì)方向和流量的精確調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器活塞位置的精確控制［6］?；钊恢每刂葡到y(tǒng)框圖如圖4 所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖5所示。

圖4 閉環(huán)比例位置控制系統(tǒng)框圖

圖5 離合器活塞位移控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

離合器活塞位移控制系統(tǒng)仿真模型如圖6 所示，油液參數(shù)的設(shè)置同蓄能器壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖5 和圖6中，c、b 分別代表比例方向閥控制油口的泄油開(kāi)度和進(jìn)油開(kāi)度，a、d 分別表示進(jìn)油口開(kāi)度和泄油口開(kāi)度，e 為單向閥，f 為油缸及活塞，g 為膜片彈簧。壓力油經(jīng)過(guò)比例減壓閥進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，從進(jìn)油口進(jìn)入比例方向閥，經(jīng)過(guò)開(kāi)度a、b、c、d 控制油液的流向及流量大小，最后輸入離合器油缸，從而控制離合器的接合與分離。

圖6 離合器活塞位移控制系統(tǒng)仿真模型

當(dāng)輸入電流小于0.15 A 時(shí)，比例電磁鐵處于死區(qū)，閥芯靜止，當(dāng)電流在0.15 ～0.4 A 時(shí)，控制油口與泄油口連通，進(jìn)油口不通，此時(shí)處于泄油狀態(tài)。當(dāng)輸入電流在0.4 ～0.6 A 時(shí)，控制油、泄油口連通，進(jìn)油口都不通，此時(shí)處于中位保持狀態(tài)。當(dāng)電流在0.6 ～0.85 A 時(shí)，控制油口與進(jìn)油口連通，泄油口不通，此時(shí)處于進(jìn)油狀態(tài)。當(dāng)電流增大時(shí)，閥芯右移，控制油口進(jìn)油開(kāi)度(或泄油開(kāi)度減小)增大，比例方向閥輸出油液流量增大(或泄油流量減小);當(dāng)電流減小時(shí)，閥芯左移，控制油口進(jìn)油開(kāi)度減小(或泄油開(kāi)度增大)，比例方向閥輸出油液流量減小(或泄油流量增大)。

各閥口開(kāi)度與閥芯位移的關(guān)系曲線如圖7 所示，曲線1、2、3、4 分別表示閥口開(kāi)度a、b、c、d 與閥芯位移的關(guān)系。

在仿真中對(duì)比例方向閥輸入斜坡信號(hào)，該信號(hào)時(shí)長(zhǎng)為10 s，電流大小從0 ～0.85 A。圖8—10 分別為進(jìn)出口壓差為0.6、1.2、1.9 MPa 時(shí)的靜止特性曲線?？芍?當(dāng)進(jìn)出口壓差增大時(shí)，泄油流量和進(jìn)油流量都增大，且更容易達(dá)到飽和狀態(tài)，線性范圍也更大。如圖8 所示:當(dāng)電流處于0.3 ～0.42 A 及0.63 ～0.75 A 時(shí)，泄油流量和進(jìn)油流量與輸入電流呈正比關(guān)系，而且線性度很高。

圖7 閥口開(kāi)度與閥芯位移關(guān)系

圖8 0.6 MPa 靜止特性

圖9 1.2 MPa 靜止特性

圖10 1.9 MPa 靜止特性

圖11 和圖12 分別是電流為0.4 和0.7 A 時(shí)的閥芯位移響應(yīng)曲線，可以看出:調(diào)節(jié)時(shí)間不超過(guò)0.03 s，超調(diào)量不超過(guò)8%。比例方向閥具有高精度、高響應(yīng)的特點(diǎn)，從而滿足對(duì)離合器油缸輸入油液流量精確控制的要求。

圖11 I=0.4 A 時(shí)位移響應(yīng)

圖12 I=0.7 A 時(shí)位移響應(yīng)

控制進(jìn)出口壓差為1 MPa ，對(duì)比例方向閥輸入時(shí)長(zhǎng)為1 s、大小0.65 A 的電流，得到流入油缸的油液流量、活塞速度以及活塞位移的關(guān)系曲線，如圖13 (a)所示。圖13 (b)及(c)分別表示進(jìn)出口壓差為1 及1.5 MPa，時(shí)長(zhǎng)為0.5 及0.3 s，電流大小為0.7 A 時(shí)的特性曲線?？芍?根據(jù)負(fù)載壓力變化情況對(duì)主油路壓力進(jìn)行精確控制，保證比例方向閥進(jìn)出口壓差滿足要求，通過(guò)改變比例方向閥開(kāi)度，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞位移的精確控制，從而達(dá)到對(duì)離合器接合壓力進(jìn)行精確控制，完成高品質(zhì)換擋。

圖13 流入油缸流量、活塞的速度及位移關(guān)系曲線

3 試驗(yàn)

由于干式DCT 液壓控制系統(tǒng)集成度高，執(zhí)行部件油缸及活塞也集成在閥體上，故可將整個(gè)系統(tǒng)浸泡在油槽中，利用其自帶的離合器活塞位移傳感器測(cè)量其動(dòng)靜態(tài)特性。由于干式DCT 液壓控制系統(tǒng)離合器活塞的位置特性與輸入油缸油液壓力與負(fù)載壓力差有關(guān)，而此試驗(yàn)臺(tái)不便加載，故通過(guò)改變輸入壓力以研究不同壓差下活塞位置特性。如圖14 所示。

圖14 干式DCT 液壓控制系統(tǒng)驗(yàn)臺(tái)

圖15 (a)為壓差Δp=1 MPa，對(duì)比例方向閥輸入時(shí)長(zhǎng)為1 s、大小為0.65 A 電流的情況下，活塞的位移及速度響應(yīng)曲線。圖15 (b)、(c)分別為壓差Δp=1 及1.5 MPa，輸入時(shí)長(zhǎng)分別為0.5 及0.3 s、大小為0.7 A 電流的情況下，活塞的位移及速度響應(yīng)曲線。

圖15 離合器活塞的位移及速度響應(yīng)曲線

對(duì)比仿真與試驗(yàn)可以看出:仿真中離合器活塞速度響應(yīng)時(shí)間低于0.05 s，超調(diào)量小于5%，且速度基本無(wú)波動(dòng)，位移曲線線性度極高;而試驗(yàn)中活塞速度的響應(yīng)時(shí)間在比例方向閥開(kāi)度小的時(shí)候約為0.1 s，開(kāi)度大的情況下約為0.08 s，超調(diào)量約為12%，且速度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，波動(dòng)范圍約為10%，位移特性曲線基本呈線性，存在極小波動(dòng)，不到3%。這是由于仿真過(guò)程中存在一定程度簡(jiǎn)化，導(dǎo)致仿真結(jié)果過(guò)于理想。盡管如此，該系統(tǒng)對(duì)離合器活塞位移的控制，仍然滿足響應(yīng)速度快、控制精度高、線性度好的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)離合器摩擦片接合壓力進(jìn)行精確控制的目的。

通過(guò)以上試驗(yàn)分析可知:仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果雖有一定差距，但是基本上能反映DCT 液壓控制系統(tǒng)的工作特性;由于仿真中存在的理想化處理，忽略了DCT 閥體中油路結(jié)構(gòu)對(duì)其產(chǎn)生的影響，沒(méi)有考慮泄漏、溫度等因素帶來(lái)的干擾，不能完全重現(xiàn)實(shí)際情況。

4 結(jié)論

分析了干式DCT 液壓控制系統(tǒng)的原理及其功能，并且利用EASY5 建立了DCT 液壓控制系統(tǒng)模型，對(duì)DCT 每個(gè)分系統(tǒng)特性進(jìn)行了仿真分析，尤其是系統(tǒng)中一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)特性的影響，并得出如下結(jié)論:

為驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確度，對(duì)干式雙離合器液壓控制系統(tǒng)中最重要特性——離合器活塞的位移控制特性進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)試驗(yàn)可知:在不同的壓差及開(kāi)度下，離合器活塞位移線性度極高，波動(dòng)不超過(guò)3%;速度響應(yīng)極快，不超過(guò)0.08 s，超調(diào)量不超過(guò)5%;活塞速度穩(wěn)定，波動(dòng)不超過(guò)10%。

仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果雖有一定差距，但是基本上能反映DCT 液壓控制系統(tǒng)的工作特性。這種差距是由仿真中存在的理想化處理，忽略了閥體及油路復(fù)雜結(jié)構(gòu)、泄漏及溫度變化等因素造成的。

同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)可知，系統(tǒng)對(duì)離合器活塞位移的控制，滿足響應(yīng)速度快、控制精度高、線性度好的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)離合器摩擦片接合壓力進(jìn)行精確控制的目的。

［1］荊崇波，苑士華，郭曉林，等．雙離合自動(dòng)變速器及其應(yīng)用前景分析［J］．機(jī)械傳動(dòng)，2005，29(3):56－58．

［2］郭曉林，陳贛，潘家平，等．干式雙離合自動(dòng)變速器壓力控制系統(tǒng)研究［J］．機(jī)床與液壓，2012，40(13):25－28．

［3］吳光強(qiáng)，楊偉斌，秦大同，等．雙離合器式自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)［J］．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007，43(2):13－21．

［4］凌超．干式雙離合器結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性研究［D］．北京:裝甲兵工程學(xué)院，2010:62－66．

［5］張曉明．雙離合器式自動(dòng)變速器換擋品質(zhì)研究［D］．上海:同濟(jì)大學(xué)，2009:21－23．

［6］馬彪．車輛動(dòng)力換擋離合器充油過(guò)程動(dòng)態(tài)特性仿真［J］．北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，20(2):33－36．