用于混動系統的離合器液壓控制設計及優化

萬媛媛,張彥輝,高文武,湯玉輝

(安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽合肥 200601)

用于混動系統的離合器液壓控制設計及優化

萬媛媛,張彥輝,高文武,湯玉輝

(安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽合肥 200601)

介紹汽車混合動力系統離合器液壓控制系統的功用和原理，通過對當前液壓控制方案進行理論分析和測試來闡述方案中存在的缺陷，并提出液壓控制的優化設計，總結混合動力離合器液壓控制實現的目標。

混合動力系統；離合器；液壓控制；電磁閥

0 引言

隨著全球經濟的發展，汽車已不是奢侈品，汽車尾氣成為全球關注焦點，為了降低汽車CO2排放，各大汽車廠商都在朝節油、環保、低耗方向發展，尋求新出路。因此，近年來，各種新技術應用于汽車上，如渦輪增壓技術、雙離合器技術、新能源汽車上的動力電池、驅動電機技術等。

所謂的混合動力汽車就是將傳統的內燃機、驅動電機、能量存儲裝置(蓄電池)組合在一起，通過良好的匹配和優化控制，充分發揮內燃機汽車和電動汽車的優點，在不同工況下，轉換2種動力，讓車輛達到高節油率、良好的操縱性[1]?；旌蟿恿χ械碾x合器作為銜接發動機與電機動力的中間機構，按照介質不同可以分為摩擦式離合器、液力耦合式離合器、電磁離合器等，按照潤滑狀態不同也可以分為濕式離合器、干式離合器，文中講述的是濕式離合器的液壓控制[2]。

1 離合器液壓控制的功用和組成

混合動力中的離合器主要用來耦合發動機動力，以實現整車混動的各種模式。簡單地說離合器主要有3種工作狀態：接合、滑摩以及斷開，液壓系統需要為離合器提供這3個狀態的壓力油和冷卻、潤滑油[3]。

離合器液壓控制系統獨立于整車中其他液壓系統，單獨控制混合動力中離合器，為離合器活塞提供壓力控制，為離合器內部軸承提供潤滑，為離合器摩擦片提供冷卻、潤滑。

因此，離合器液壓控制系統需要具備2個功用：能夠為離合器提供流量需求；能夠實現對離合器控制壓力的精準控制[4]。

與一般液壓系統無異，此液壓系統有一個動力源：油泵，這里選擇1個電動油泵，直接由電機驅動油泵；控制機構：液壓控制閥塊，由電磁閥、傳感器、蓄能器、閥芯、安裝電磁閥和閥芯的閥體等組成；液壓源：從變速箱油底殼取油，經過吸濾器過濾。潤滑油經過過濾器、電動油泵進入到液壓控制單元，再經過液壓控制單元的分配進入到離合器所需的壓力腔、潤滑油路中，使得離合器按整車需求工作[5]。

2 液壓系統控制方案

混合動力離合器液壓控制系統中，其接合壓力及潤滑流量由整車控制器調節電流實現對2個壓力比例閥的控制，調節油泵電機轉速來調節系統流量。如圖1所示，整個液壓系統經過一個吸濾器，油泵在電機驅動下，從油箱中吸油，并分成2路進入到液壓控制單元中，圖1中虛線箭頭為潤滑油路，下面稱LUB IN，實線箭頭為主壓力油路，下面稱為LINE IN，主壓力稱為pL。

電磁閥1作為常低壓力比例閥，用來控制離合器的接合壓力，電磁閥1的輸出壓力直接通過油路進入到離合器的活塞腔中，稱為pc，pc的大小決定了離合器可以傳遞扭矩的能力。離合器接合壓力的控制決定了離合器的響應速度和控制精度。所以對于離合器接合壓力的控制,一方面要求電磁閥1本身的響應速度和控制精度，另一方面要求主壓力pL的響應速度和穩定性。所以，這里主要介紹電磁閥2的控制特性。

電磁閥2作為常開壓力比例閥，作為先導閥作用，用來控制閥芯開口大小，實現對離合器潤滑流量的控制，潤滑油經過閥芯直接通過油路進入到離合器潤滑油路中，對離合器內部的軸承進行潤滑，對摩擦片進行冷卻、潤滑。

2.1 電磁閥2控制

2.1.1 電磁閥2控制理論分析

對于此液壓系統，可以用電磁閥2來控制閥芯開口大小，以調整下游負載來達到控制主壓力pL的值，可以得到圖2的曲線。

下面從主壓力和離合器潤滑流量2個方面討論：

對于主壓力pL主要分為3個階段：

電磁閥2電流I

電磁閥2電流I0≤I

電磁閥2電流I1≤I

主壓力pL對離合器控制壓力pc至關重要，為了穩定控制離合器結合，必須保證pc響應快、穩定，所以要求pL≥pc+2.5×105Pa。

對于離合器潤滑流量調節可分為2個階段：

電磁閥2電流I

Q=Qeop-QLeakage

式中：Qeop為油泵的輸出流量；QLeakage為系統泄漏量。

離合器潤滑流量Q不可調，但是針對離合器流量需求，可以調節電動油泵轉速，以達到不同流量需求。

電磁閥2的電流I1

Q=Qeop-Qprv-QLeakage

式中：Qeop為油泵的輸出流量；Qprv為泄壓閥排出量；QLeakage為系統泄漏量。

此時，離合器潤滑流量Q可通過調節電磁閥2電流調節，但是油泵的泄壓閥必須達到限定值pprv，且電流I1、I2范圍較小，難以控制。

2.1.2 主壓力測試結果

在整車上對混動液壓系統進行調試，設置電動油泵轉速為1 300 r/min,輸出流量約3.2 L/min,電磁閥震顫頻率選擇68 Hz、幅值88 mA。此時，考慮到液壓系統元件的承受壓力限值，電動油泵的pprv限定值為1.9 MPa。調節電磁閥2的電流值，以50 mA的增幅從0增加到1 000 mA，然后再降到0，掃描壓力曲線，得出圖3所示曲線。

從圖中可以看出，上升曲線：電流I≤700 mA時，主壓力變化微小;電流達到725 mA后，壓力值開始急速上升;到800 mA時，壓力值達到18.2×105Pa，達到900 mA時，趨于穩定。壓力值從6×105Pa到18×105Pa，電流僅有50 mA的可調范圍；在電流減小曲線中，電流的調節范圍更小，壓力值從17×105Pa減小到7×105Pa，電流僅有25 mA的可調范圍。另外，最大遲滯為4×105Pa，這對于離合器液壓控制系統來說，超過了設計值。

2.2 電磁閥1控制

電磁閥1屬于高精度、高響應的電磁閥，泄壓閥的結構決定其精度，要求系統主壓力pL≥pc+2.5×105Pa，在主壓力一定的條件下，通過調節電磁閥1的電流，離合器控制壓力pc可以獲取較好的p-I曲線。下面以主壓力pL為13×105Pa為例，得出離合器控制壓力pc的p-I曲線，見圖4。

2.3 小結

結合電磁閥2對主壓力和離合器潤滑流量的控制可以看出:電磁閥2對主壓力的可控范圍小，一方面當主壓力迅速增加到pprv值，會導致油泵泄壓閥頻繁開啟，影響其壽命，從而導致液壓系統安全問題；另一方面，增加了整車控制器對電磁閥的控制難度，提高了軟件對系統的標定工作量。

3 液壓系統優化設計

為提升液壓系統主壓力的可控性，對離合器液壓控制系統進行了優化設計，其原理圖見圖5。

對比原液壓控制設計，主要是對控制機構即控制單元進行優化，在控制單元的閥芯中增加了壓力反饋(見圖6)，對主壓力進行閉環控制[5]。

F彈簧+p2×S1=pL×S2

(1)

式中：F彈簧為閥芯上彈簧的彈簧力；p2為電磁閥2輸出壓力；S1為電磁閥2輸出壓力作用面積；pL為反饋端輸入壓力/主壓力；S2為反饋作用面積。

當電動油泵輸入流量一定時，調節電磁閥2的電流，可以得出不同的壓力值p2，由壓力調節閥的閥芯結構決定了S1和S2的數值一定，閥芯處于不同位置，彈簧力也一定，可以忽略不計。根據公式(1)，不同的p2值對應不同的pL值。以電動油泵的輸入流量3 L/min為例，調節電磁閥2的電流，得出圖7所示的p-I曲線。對液壓系統進行優化設計，通過調整閥芯結構，增加一路閉環控制，將潤滑調節功能變成壓力調節功能，更加精準控制主壓力。

4 總結

混合動力液壓控制系統對混合動力離合器控制至關重要，為實現離合器的壓力精準控制以及潤滑流量控制，通過對控制機構即控制閥塊進行優化設計，完成對液壓系統主壓力精準控制，從而可以為離合器接合壓力控制提供高速度、高精度的前提條件；通過電動油泵轉速控制實現離合器潤滑流量控制，最終實現混合式離合器液壓控制系統的性能目標。

【1】萬媛媛.混合動力汽車(HEV)驅動系統的研究[J].汽車零部件，2014(10):61-63,28.

【2】王望予.汽車設計[M].北京：機械工業出版社，2004.

【3】胡殿沖.CVT重度混合動力轎車雙模式離合器液壓控制系統[D].重慶：重慶大學，2014.

【4】夏晶晶，陳勇，胡辰.CVT濕式離合器液壓控制系統設計[J].液壓與氣動，2010(10):45-46.

【5】周小鵬，丁又青.液壓傳動與控制[M].重慶：重慶大學出版社，2014.

Design & Improvement of the Clutch Hydraulic Control Used in Hybrid System

WAN Yuanyuan,ZHANG Yanhui,GAO Wenwu,TANG Yuhui
(Research & Development Center,Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 200601,China)

The functions and principle of the clutch hydraulic control system used in vehicle hybrid system were introduced. The defect in the scheme was described by analyzing the hydraulic control scheme and testing.The improvement design of the hydraulic control system was introduced in detail. The targets of the clutch hydraulic control were summarized.

Hybrid system;Clutch;Hydraulic control;Solenoid

2016-03-17

萬媛媛(1984—)，女，工程師，主要從事新能源汽車電驅動技術的研發工作。E-mail:wanyuanyuan1984@163.com。

U463.211

B

1674-1986(2016)06-014-03