车辆换挡用数字比例溢流阀试验研究

　　0　引言

　　随着微电子技术的飞速发展,高速数字开关阀作为高速数字液压技术成功应用的一个典范,其应用范围和领域正在不断地扩展,如在汽车制动防抱死系统(ABS)、电控柴油喷射系统、无凸轮电控液压驱动气门系统等中的应用[1]。以高速开关阀为先导阀的车辆换挡用数字比例溢流阀,通过调节高速开关阀的占空比,可以合理地控制换挡过程中油压的变化规律,从而有效限制车辆换挡过程中变速箱输出轴上的转矩扰动,得到良好的换挡品质[2]。本文开展车辆换挡用数字比例溢流阀的实验研究。

　　1　车辆换挡用数字比例溢流阀工作原理

　　车辆换挡用数字比例溢流阀工作原理如图1所示。当输入高速开关阀的PWM信号占空比增加时,高速开关阀开启时间降低,通过高速开关阀的流量减少、液阻增加,主阀芯上腔控制压力加大,比例溢流阀的输出压力升高;反之当输入高速开关阀的PWM信号占空比降低时,高速开关阀开启的时间延长、通过高速开关阀的流量增加,高速开关阀的液阻降低,主阀芯上腔控制压力减小,比例溢流阀的输出压力降低。因此可以通过改变高速开关阀PWM占空比,就可以改变比例溢流阀的输出压力。

　　该阀的主要特点是在车辆正常行驶的情况下,系统压力保持在最高压力状态,这时高速开关阀不工作,相当于普通的先导型溢流阀;在车辆换挡时需要控制系统压力时,根据不同的需要,改变高速开关阀的脉宽信号的占空比。

　　2　试验系统设计

　　本试验台主要由液压回路、数据采集系统和数字比例溢流阀控制系统组成,用于数字比例溢流阀的性能试验。图2为数字比例溢流阀的液压试验系统原理图。试验用传感器型号及其性能参数见表1。

　　3　PWM控制信号频率的确定

　　本文选用HSV-3141S1型高速开关阀为先导阀对车辆换挡用数字比例溢流阀进行试验,其开启时间ton≥2. 5 ms,关闭时间toff≥3 ms。则可以确定高速开关阀的最大频率得:

　　但随着调制频率的提高,高速开关阀将不可能得到完全开启状态,因此使阀的有效控制范围和线性范围减小,频率越高控制范围越小。若选择工作频率为100Hz和150 Hz时,占空比为30%仍然没有压力变化,占空比变化与之响应的压力变化不明显,不适合作为高速开关阀的工作频率。

　　本文在阻尼孔直径为1 mm的情况下,选择了20Hz、25Hz、40Hz、50Hz和60Hz共5种频率进行了测试。利用MATLAB对传感器采集到的压力和流量值进行处理,得到不同频率时数字比例溢流阀的压力特性曲线,如图3所示。

　　由图3a可知,当PWM控制信号频率较低时,数字比例溢流阀的输出压力变化速度较快,占空比调节范围比较窄,不能有效地实现压力平稳过渡,容易产生压力冲击。如图3a中20Hz、25Hz和40Hz的3条曲线,占空比大约在5%时数字比例溢流阀输出压力从1. 6MPa开始变化,到占空比大约10%时,输出压力基本上已经下降到了0. 4MPa,压力改变速度很快,起不到压力缓冲的效果,不利于车辆的平稳换挡,影响换挡品质的提高。控制信号频率较高时,数字比例溢流阀的输出压力比较平缓,占空比范围调节比较宽,可以在5% ~20%的范围内变化。但随着频率的进一步提高,由于高速开关阀自身特性的限制,数字比例溢流阀的输出压力没有较为明显的范围改变。