基于AMESim的CVT夹紧力控制阀动态特性研究

　　1 前言

　　为提高金属带式无级变速器的效率，同时防止金属带的过大滑转和磨损致使金属带寿命降低，所以根据汽车的运行条件始终把夹紧力控制在目标值的小范围内，是CVT 传动系的基本控制目标之一^[1]。这对夹紧力控制执行元件的性能提出了较高要求。在传统单液压回路控制系统中，系统压力和从动轮液压缸压力为同一压力，这一压力靠夹紧力控制阀根据变速器TCU 的输出指令进行调节。所以开发性能可靠的夹紧力控制阀是CVT 电液控制系统研制的重要内容之一。液压系统由于非线性强，建立准确数学模型难度较大，常用仿真方法有MATLAB^[2]，功率键合图^[3]。

　　本文采用国外的AMESim 软件是多学科复杂系统建模仿真软件。基于物理特性的图形化建模和多学科领域系统的综合建模使AMESim 在汽车、液压及航空航天工业产品的开发中得到逐渐广泛应用^{[4 -5]}。本文采用AMESim 对CVT 夹紧力控制阀进行建模仿真，对夹紧力控制阀的动态特性进行细致的研究。

　　2 夹紧力控制阀模型的建立

　　2. 1 夹紧力控制阀原理^[6]

　　本文采用间接检测式先导式比例溢流阀作为CVT 夹紧力控制阀。其原理如图1 所示，该比例溢流阀由先导阀和主阀构成，控制先导阀的执行元件为步进电机。

　　该比例溢流阀有两个液阻，第一个液阻为固定液阻R( 阻尼孔) ，第二个液阻为先导阀口。先导回路有流量通过时在阻尼孔两端产生压差Δp = p₁- p₂，此压差控制着主阀的开启，p₁为系统压力，p₂为主阀上腔压力。在工作过程中，通过先导阀对主阀敏感腔( 主阀上部弹簧腔) 压力和流量的控制来控制主阀工况，所以先导级起调节压力的作用，而主阀作为功率级起调节系统多余流量的作用。Q₁ 为主阀流量，Q₂ 为先导阀流量。

　　2. 2 夹紧力控制阀的AMESim 模型

　　在AMESim 环境下，参照国家标准，将步进电机以控制信号代替，建立夹紧力控制阀的主体模型及其试验系统模型。如图2 所示。上面虚线框内为夹紧力控制阀模型，下面虚线框内为试验系统模型。在模型中，液压泵通过电磁开关阀为夹紧力控制阀提供阶跃流量输入。

　　3 夹紧力控制阀动态特性仿真

　　3. 1 油液仿真参数的设置

　　仿真忽略不同变速器油对夹紧力控制阀的影响，而重点分析夹紧力控制阀本身的设计参数对其性能的影响。故选取一种油液，其参数如表1 所示 。

　　3. 2 阶跃响应结果分析

　　仿真过程中，夹紧力控制阀前初始压力为0. 5MPa，额定压力为4 MPa，在0. 05 s 时，电磁开关阀关闭，夹紧力控制阀通过流量Q 由0 L/min 阶跃至公称流量 20 L/min。夹紧力控制阀主阀、先导阀进口压力阶跃响应如图3 所示。主阀芯位移、先导阀芯位移随时间变化曲线如图4 所示。先导阀调节压力过程中，先导阀芯的位移范围非常小，并且由于油泵供油的脉动，调压过程中震荡频率也较大。主阀进口压力超调率为23. 8%。调节时间为19 ms 左右，响应时间约为1. 1 ms。结果比经验值略小，这是因为仿真忽略了摩擦等因素的影响。