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摘要：在分析某重型AT电液调压阀结构原理的基础上，分别建立换挡电磁阀和双边节流滑阀的仿真模型并进行了仿真验证，进而建立了电液调压阀的仿真模型。根据试验结果对所建立的电液调压阀进行了仿真验证。仿真结果验证了理论分析和建模方法的正确性，为某重型AT的进一步研究奠定了基础。
关键词；重型AT 电液调压阀 仿真分析
中图分类号：U463.22+1.02 文献标识码：A 文章编号：1004-0226（2016）04-0092-04
重型液力自动变速器（automatic hydraulic transmission，AT）的电液调压阀通常由先导式换挡电磁阀和双边节流滑阀组成。目前，国外对电液调压阀的研究已经有近半个世纪，技术相对成熟；而国内起步较晚，研究单位主是高校和科研院所，研究方法主要是在进口电液调压阀基础上展开改进设计，例如清华大学在上个世纪研制了一种适应柴油机高压燃油喷射的高速电磁阀Ⅲ，空军导弹研究院在进口电磁阀基础上设计了一种两位三通大流量电磁阀。虽然国内在电液调压阀研究方面进展迅速，但仍存在着加工工艺差、寿命低、响应速度慢等不足。
AEMSim是一款以液压建模和仿真为主要特色的软件，支持可视化建模，模型直观且具有启发性，主要是集成了键合图的分析原理。在同一款软件上就可实现跨学科、跨多领域的集成仿真，用户可以将它作为平台完成机电液一体化的仿真，尤其对于液压元件的多式多样，开发的HCD库可以帮助用户建立自己需要的液压模型。
本文在分析某重型AT电液调压阀结构的前提下，利用AEMSim软件分别建立换挡电磁阀和双边节流滑阀的模型并进行仿真验证。在此基础上，建立完成的电液调压阀模型，通过输入一定的PWM信号，对所建模型进行仿真验证。仿真结果验证了理论分析和建模方法的正确性，为某重型AT的进一步研究奠定了基础。
1 电液调压阀结构
自动变速器离合器电液调压阀结构如图1所示。该结构为二级阀系统，是以电磁阀为先导阀，以滑阀作为后置压力和流量放大机构。电磁阀为常闭型高速响应开关阀，其进油口与主控制油路相通，出油口连接双边节流滑阀的左侧油腔。ECU通过调节PWM信号占空比大小，实现对换挡电磁阀产生的油压控制，进而改变滑阀阀芯的位置，以达到对离合器的充油与放油进行有规律的调节目的。
2 建模仿真分析
2.1 换挡电磁阀
2.1.1 结构原理
换挡电磁阀为二位三通高速开关阀，在结构上有常闭与常开两个基本类型。输入脉宽信号时，钢球在电磁力的作用下不断开启闭合，控制油路间歇性供油，以使离合器接合/分离过程中的油压按设定规律变化，以减少换挡冲击，实现挡位平稳转换。
2.1.2 建模仿真
换挡电磁阀的控制是通过改变控制信号的占空比，从而调制出PWM控制信号，实现对阀口不断的开启和关闭控制，两类结构不同的电磁阀模型如图2所示。
模型中用电磁压力转换子模块5来模拟电磁力对阀芯的作用，用占空比子模块8来模拟对控制信号占空比控制，PWM调制信号子模块7可将输入的占空比转变为频率为60Hz的脉宽调制信号。输入的占空比信号如图3所示，参数设置后运行仿真，换挡电磁阀输出油压如图4所示。
从仿真结果可以看出，对于相同的输入占空比，也就是相同的PWM控制信号，常闭型和常开型两种电磁阀有不同的输出特性，相同之处在于两种阀的输出特性曲线都是非线性的。
2.2 双边节流滑阀
2.2.1 结构原理
双边节流滑阀直接受对应的电磁阀控制，起到了把换挡电磁阀油压变化进行放大后输出给离合器的作用，电磁阀产生油压变化规律直接可以体现到滑阀的油压变化上。AT的所有换挡滑阀都与一个电磁阀一一对应，受其控制工作进而输出不同的油压，结构完全相同。
忽略泄漏等因素的影响，如果用a表示重叠量，则a>0时为正重叠，a<0时为负重叠，a=0时为零重叠。试验用自动变速器应用的是负重叠，重叠量a≈1mm，推导可得：
由上式得出的滑阀输出油压与阀芯位移x的之间的关系为反二次关系，将其绘制成横轴为x/a，纵轴为PO/PZ曲线（输出压力与输入压力比值），得到如图5所示的滑阀特性。当阀芯处在最小开口与最大开口之间时，油压会随着阀芯移动而变化，但是他们之间不是线性关系。
2.2.2 建模仿真
换挡滑阀在电磁阀产生的油压控制下调节出低于主油压的任意油压，起到了对电磁阀油压进行放大的作用，并将油压送入到离合器，建立的仿真模型如图6所示。设定电磁阀的输出压力如图7所示，仿真得到滑阀输出油压变化如图8所示。
对仿真结果分析可知，由于弹簧模块2的预压力，换挡滑阀在0.5s，输入压力0.1MPa时才开启。通过对电磁阀输出压力的控制，可以改变换挡滑阀的开口大小，调制出离合器需要的小于主油压的任何压力，从而实现对离合器油压的精确控制。双边节流滑阀阀芯的位移与输出油压PO的变化关系如图9所示，由此可知仿真结果与计算在趋势上完全吻合。
2.3 电液调压阀建模仿真
将前面所建立的换挡电磁阀模型的输出连接到换挡滑阀的输入端，如此换挡电磁阀将充当先导阀，滑阀将充当二级流量和压力放大机构，两者之间添加蓄压阀C，组成图10的换挡离合器电液调压阀模型。
依据文献中提出的离合器油压闭环控制规律以及试验测到的占空比变化，拟定了模型测试用占空比变化如图11所示，当给模型输入线性占空比时，电磁阀的输出油压如图12所示，双边节流滑阀输出压力也就是离合器中的油压如图13所示。
分析图11～13可知，在如图所示的线性占空比下，换挡电磁阀的输出油压是非线性的，从而导致通过其控制的双边节流滑阀输出油压也是非线性的。
3 结论
在对某重型AT电液调压阀结构进行详尽分析的基础上，利用AEMSim软件分别建立换挡电磁阀和双边节流滑阀的模型并进行了仿真验证。根据电液调压阀的结构原理建立了某重型AT的电液调压阀模型，通过输入一定的PWM信号，对所建模型进行仿真验证。仿真结果验证了理论分析和仿真建模的正确性，所建模型为某重型AT的进一步研究奠定了基础。
收稿日期：2016-01-11
关键词；重型AT 电液调压阀 仿真分析
中图分类号：U463.22+1.02 文献标识码：A 文章编号：1004-0226（2016）04-0092-04
重型液力自动变速器（automatic hydraulic transmission，AT）的电液调压阀通常由先导式换挡电磁阀和双边节流滑阀组成。目前，国外对电液调压阀的研究已经有近半个世纪，技术相对成熟；而国内起步较晚，研究单位主是高校和科研院所，研究方法主要是在进口电液调压阀基础上展开改进设计，例如清华大学在上个世纪研制了一种适应柴油机高压燃油喷射的高速电磁阀Ⅲ，空军导弹研究院在进口电磁阀基础上设计了一种两位三通大流量电磁阀。虽然国内在电液调压阀研究方面进展迅速，但仍存在着加工工艺差、寿命低、响应速度慢等不足。
AEMSim是一款以液压建模和仿真为主要特色的软件，支持可视化建模，模型直观且具有启发性，主要是集成了键合图的分析原理。在同一款软件上就可实现跨学科、跨多领域的集成仿真，用户可以将它作为平台完成机电液一体化的仿真，尤其对于液压元件的多式多样，开发的HCD库可以帮助用户建立自己需要的液压模型。
本文在分析某重型AT电液调压阀结构的前提下，利用AEMSim软件分别建立换挡电磁阀和双边节流滑阀的模型并进行仿真验证。在此基础上，建立完成的电液调压阀模型，通过输入一定的PWM信号，对所建模型进行仿真验证。仿真结果验证了理论分析和建模方法的正确性，为某重型AT的进一步研究奠定了基础。
1 电液调压阀结构
自动变速器离合器电液调压阀结构如图1所示。该结构为二级阀系统，是以电磁阀为先导阀，以滑阀作为后置压力和流量放大机构。电磁阀为常闭型高速响应开关阀，其进油口与主控制油路相通，出油口连接双边节流滑阀的左侧油腔。ECU通过调节PWM信号占空比大小，实现对换挡电磁阀产生的油压控制，进而改变滑阀阀芯的位置，以达到对离合器的充油与放油进行有规律的调节目的。
2 建模仿真分析
2.1 换挡电磁阀
2.1.1 结构原理
换挡电磁阀为二位三通高速开关阀，在结构上有常闭与常开两个基本类型。输入脉宽信号时，钢球在电磁力的作用下不断开启闭合，控制油路间歇性供油，以使离合器接合/分离过程中的油压按设定规律变化，以减少换挡冲击，实现挡位平稳转换。
2.1.2 建模仿真
换挡电磁阀的控制是通过改变控制信号的占空比，从而调制出PWM控制信号，实现对阀口不断的开启和关闭控制，两类结构不同的电磁阀模型如图2所示。
模型中用电磁压力转换子模块5来模拟电磁力对阀芯的作用，用占空比子模块8来模拟对控制信号占空比控制，PWM调制信号子模块7可将输入的占空比转变为频率为60Hz的脉宽调制信号。输入的占空比信号如图3所示，参数设置后运行仿真，换挡电磁阀输出油压如图4所示。
从仿真结果可以看出，对于相同的输入占空比，也就是相同的PWM控制信号，常闭型和常开型两种电磁阀有不同的输出特性，相同之处在于两种阀的输出特性曲线都是非线性的。
2.2 双边节流滑阀
2.2.1 结构原理
双边节流滑阀直接受对应的电磁阀控制，起到了把换挡电磁阀油压变化进行放大后输出给离合器的作用，电磁阀产生油压变化规律直接可以体现到滑阀的油压变化上。AT的所有换挡滑阀都与一个电磁阀一一对应，受其控制工作进而输出不同的油压，结构完全相同。
忽略泄漏等因素的影响，如果用a表示重叠量，则a>0时为正重叠，a<0时为负重叠，a=0时为零重叠。试验用自动变速器应用的是负重叠，重叠量a≈1mm，推导可得：
由上式得出的滑阀输出油压与阀芯位移x的之间的关系为反二次关系，将其绘制成横轴为x/a，纵轴为PO/PZ曲线（输出压力与输入压力比值），得到如图5所示的滑阀特性。当阀芯处在最小开口与最大开口之间时，油压会随着阀芯移动而变化，但是他们之间不是线性关系。
2.2.2 建模仿真
换挡滑阀在电磁阀产生的油压控制下调节出低于主油压的任意油压，起到了对电磁阀油压进行放大的作用，并将油压送入到离合器，建立的仿真模型如图6所示。设定电磁阀的输出压力如图7所示，仿真得到滑阀输出油压变化如图8所示。
对仿真结果分析可知，由于弹簧模块2的预压力，换挡滑阀在0.5s，输入压力0.1MPa时才开启。通过对电磁阀输出压力的控制，可以改变换挡滑阀的开口大小，调制出离合器需要的小于主油压的任何压力，从而实现对离合器油压的精确控制。双边节流滑阀阀芯的位移与输出油压PO的变化关系如图9所示，由此可知仿真结果与计算在趋势上完全吻合。
2.3 电液调压阀建模仿真
将前面所建立的换挡电磁阀模型的输出连接到换挡滑阀的输入端，如此换挡电磁阀将充当先导阀，滑阀将充当二级流量和压力放大机构，两者之间添加蓄压阀C，组成图10的换挡离合器电液调压阀模型。
依据文献中提出的离合器油压闭环控制规律以及试验测到的占空比变化，拟定了模型测试用占空比变化如图11所示，当给模型输入线性占空比时，电磁阀的输出油压如图12所示，双边节流滑阀输出压力也就是离合器中的油压如图13所示。
分析图11～13可知，在如图所示的线性占空比下，换挡电磁阀的输出油压是非线性的，从而导致通过其控制的双边节流滑阀输出油压也是非线性的。
3 结论
在对某重型AT电液调压阀结构进行详尽分析的基础上，利用AEMSim软件分别建立换挡电磁阀和双边节流滑阀的模型并进行了仿真验证。根据电液调压阀的结构原理建立了某重型AT的电液调压阀模型，通过输入一定的PWM信号，对所建模型进行仿真验证。仿真结果验证了理论分析和仿真建模的正确性，所建模型为某重型AT的进一步研究奠定了基础。
收稿日期：2016-01-11