CN110633527A - 一种柴油e-cvt混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油E‑CVT混合动力变速箱液压换档系统仿真平台，采用AMESim软件，搭建包括供油子系统、冷却润滑子系统、液压换挡子系统的仿真平台，建模方法包括以下步骤：根据仿真平台的具体应用范围及仿真工况，确定各级输入输出信息以及所需要的功能子模块，确定各功能子模块的物理参数及输入输出信息，建立各单元模型、功能子模块之间的连接，并针对每个单元模型一一进行仿真；根据液压换挡系统架构、油路布置确定各单元模型、子系统之间的工作关系网络，将所有单元模型、功能子模块集成为液压换挡系统仿真平台。本发明能在设计阶段支持单个机械阀的设计、油泵及电磁阀选型，测试不同工况下的液压换挡系统性能。

Description

一种柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台

技术领域

本发明涉及混合动力变速箱液压换挡系统及冷却润滑系统的开发及试验仿真，特别涉及一种用于柴油动力分流式混合动力变速器（E-CVT）的液压换挡系统仿真平台。

背景技术

随着汽车油耗及排放法规日益加严，轻型商用车面临严峻的形势。目前，针对柴油机的工作特性，开发适配柴油机的混合动力变速箱，可最大限度地优化动力系统油耗及排放。E-CVT混合动力变速箱是一种行星齿轮组动力分流装置，与传统的CVT无级变速箱区分。混合动力变速箱采用E-CVT架构，可提高驾驶舒适性。

混合动力变速箱液压系统开发技术难度高，液压泵、液压阀块阀块等设计、制作周期长，试验验证也需要大量的时间，如果试验过程中发现重大技术问题，则会影响整个变速箱开发进度，同时增加了开发成本。

AMESim软件是LMS公司的一款多学科领域复杂系统建模仿真平台软件，用户可以在这个单一平台上建立复杂的多学科领域的系统建模，并在此基础上进行仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。采用单元模块搭建工程系统的方式，使用户可以在模型中描述所以系统和零部件的功能，而不需要书写任何程序代码，大大简化了设计、验证复杂程度。

本发明基于AMESim软件，运用仿真技术，可以在液压阀块等开发完成制作之前，针对整个液压换挡系统设计进行充分的分析，避免重大设计缺陷，同时，优化修正后的高精度仿真平台，可替代一部分工况条件难以实现的极限试验，降低研发成本，缩短开发周期，同时最大限度的减小了技术应用的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是建立一种柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台，提供一种针对一类产品的仿真平台，不仅能在设计阶段支持单个机械阀的设计、油泵及电磁阀选型，同时在系统方案设计完成后，可使用各阀芯、模块及油泵等模型集成的系统平台，测试不同工况下的液压换挡系统性能及冷却润滑流量分配性能，为系统优化、控制策略开发及标定提供数据支持。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种柴油E-CVT混合动力变速箱液压换档系统仿真平台，其特征在于，采用AMESim软件，根据混合动力变速箱液压换挡系统设计方案，搭建仿真平台，所述仿真平台包括供油子系统、冷却润滑子系统、液压换挡子系统；所述液压换挡子系统包括湿式离合器活塞单元模型、多模离合器活塞单元模型、驻车活塞单元模型。在使用AMESim软件建模时，对于比较简单和可简化的实物要素，直接采用液压库中的元件，根据实际物理模型的函数，调节设置精确参数，使其可作为准确仿真模型使用。

对于比较复杂及简化后会影响性能的实物要素，则需要采用液压元件设计库及机械库等中的元件模型，组合功能，从而实现复杂模型的搭建。所述仿真平台的建模方法包括以下步骤：

S1、确定仿真平台的具体应用范围及仿真工况，确定第一级输入输出信息；

S2、根据平台工况需求及第一级输入输出信息，确定仿真平台中各单元模型、子系统与实物要素对应的物理参数，确定第二级输入输出信息；

S3、根据各单元模型、子系统的物理参数及输入输出信息，确定所需要的功能子模块，确定各功能子模块的物理参数及输入输出信息；

S4、根据液压换挡系统中各实物结构，建立各单元模型、功能子模块之间的连接，并针对每个单元模型一一进行仿真；

S5、根据混合动力变速箱液压换挡系统架构、油路布置确定各单元模型、子系统之间的工作关系网络，将所有单元模型、功能子模块集成为液压换挡系统仿真平台，用于实现总成测试仿真。

其中，所述供油子系统包括机械泵，电子泵，油泵换向阀，油泵换向控制电磁阀，机械泵单向阀和电子泵单向阀，所述机械泵通过所述油泵换向阀联通主油路或冷却润滑油路；所述主油路和所述冷却润滑油路之间还设置有主调压阀和主调压阀先导电磁比例阀；所述油泵换向阀具有第一工作位和第二工作位，所述油泵换向阀工作在第一工作位或第二工作位，当所述油泵换向阀处在第一工作位时，所述油泵换向阀把所述电子泵的流量导向所述冷却润滑油路，当所述油泵换向阀处在第二工作位时，所述油泵换向阀把所述机械泵的流量导向所述主油路；所述机械泵与所述油泵换向阀的进油口联通，所述油泵换向阀的第一出油口与冷却润滑油路联通，所述冷却润滑油路的流量导向所述冷却润滑系统；所述油泵换向阀的第二出油口与所述主油路联通，所述油泵换向阀的控制端口与油泵换向控制电磁阀的出油口联通，所述油泵换向控制电磁阀的进油口连接所述主油路，所述油泵换向控制的排油口连接回油管路；所述电子泵通过电子泵单向阀与主油路联通，所述主油路的流量导向所述液压换挡子系统。

在本发明的一些具体实施例中，所述湿式离合器活塞单元模型有两个，两个所述湿式离合器活塞单元模型分别通过各自的离合器控制电磁比例阀与主油路连接；所述多模离合器活塞单元模型包括多模离合器B1活塞单元模型和多模离合器B2活塞单元模型，所述多模离合器控制电磁阀包括多模离合器B1控制电磁阀和多模离合器B2控制电磁阀，所述多模离合器B1活塞单元模型通过多模离合器B1控制电磁阀与主油路连接，所述多模离合器B2活塞单元模型通过多模离合器B2控制电磁阀与主油路连接；所述液压换挡子系统还包括驻车机构控制电磁阀，所述驻车活塞单元模型通过驻车机构控制电磁阀与主油路连接。

在本发明的一些具体实施例中，所述第一级输入输出信息的输入信息为机械泵、电子泵转速，电磁阀电流，输出信息为仿真平台的流量、油压和阀芯位移。

本发明实施例中的一种实现方式中，针对单个阀的实物要素，包括阀芯、油口、压力容腔、弹簧、节流孔、电磁铁（电磁比例阀）；所述参数要素包括阀芯位移、弹簧刚度、压力容腔之间的节流孔大小、压力容腔压力、压力容腔的有效作用面积和油口流量、阀芯及阀套的配合间隙、力-电流函数（电磁比例阀）。

本发明实施例中的另一种实现方式中，所述采用各个所述实物要素对应的单元模型建立液压换挡系统仿真平台模型，包括：建立所述各个实物要素对应的单元模型之间的管路、信号关系模型，从而得到所述的液压换挡系统仿真平台模型。

其中，步骤S3具体过程还包括：在AMESim软件库中，找出与各实物要素对应的元件模型，并根据具体的单个实物的工程应用要求，确定各元件模型的功能子模块，并确定各元件模型的相关边界要求。

进一步地，液压换挡系统仿真平台在集成之前，针对每个单元模型及功能子模块进行仿真分析，确认在特定油口流量、压力条件下，各自的工作特性是否与设计值及实物要素相吻合。

本发明实施例中的另一种实现方式中，所述方法还包括对应单元模型的具体工况，检验所建立的所述单元仿真模型的正确性及合理性。

本发明实施例中的另一种实现方式中，所述方法还包括检验所述液压换挡仿真平台模型工作原理的正确性，当工作原理的正确性出现偏差时，对所述液压换挡系统仿真平台模型进行调整。

本发明实施例的另一种实现方式中，所述方法还包括设置液压换档仿真平台模型参数，进行不同工况下所述仿真平台模型仿真分析。

本发明实施例的另一种实现方式中，所述方法还包括：根据所述仿真分析的仿真结果与产品试验数据的对比情况，优化修正所述仿真平台模型参数。

本发明实施例的另一种实现方式中，所述方法还包括所述仿真平台优化完成后，可针对一类变速箱液压换档的试验仿真测试。

本发明提供的用于柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台达到了以下有益效果：

在液压换档系统设计初期，可仿真分析各阀的设计是否合理，总成系统是否存在缺陷，及时发现问题，并支持方案的改进优化。

在仿真平台测试仿真各试验工况数据，特别针对某些试验条件较苛刻的工况，以仿真结果作为初判依据，降低试验周期及成本，加快开发进度。

在液压换档控制策略开发过程中，作为被控对象模型使用。

附图说明

图1是本发明实施例的柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台的建模流程图；

图2是本发明实施例的柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台的示意图：（a）液压换档系统仿真平台示意图；（b）液压换档系统仿真平台冷却润滑模块示意图；（c）液压换档系统仿真平台换挡控制模块示意图；

图3是本发明实施例主调压阀实物要素示意图；

图4是本发明实施例主调压阀仿真模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚准确的界定，但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。

如图1和2所示，本实施例提供一种柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台，采用AMESim软件，根据混合动力变速箱液压换挡系统设计方案，搭建仿真平台，所述仿真平台包括供油子系统、冷却润滑子系统、液压换挡子系统；所述液压换挡子系统包括湿式离合器活塞单元模型、多模离合器活塞单元模型、驻车活塞单元模型。

参见图2，所述供油子系统包括机械泵，电子泵，油泵换向阀，油泵换向控制电磁阀，机械泵单向阀和电子泵单向阀，所述机械泵通过所述油泵换向阀联通主油路或冷却润滑油路；所述主油路和所述冷却润滑油路之间还设置有主调压阀和主调压阀先导电磁比例阀；所述油泵换向阀具有第一工作位和第二工作位，所述油泵换向阀工作在第一工作位或第二工作位，当所述油泵换向阀处在第一工作位时，所述油泵换向阀把所述电子泵的流量导向所述冷却润滑油路，当所述油泵换向阀处在第二工作位时，所述油泵换向阀把所述机械泵的流量导向所述主油路；所述机械泵与所述油泵换向阀的进油口联通，所述油泵换向阀的第一出油口与冷却润滑油路联通，所述冷却润滑油路的流量导向所述冷却润滑系统；所述油泵换向阀的第二出油口与所述主油路联通，所述油泵换向阀的控制端口与油泵换向控制电磁阀的出油口联通，所述油泵换向控制电磁阀的进油口连接所述主油路，所述油泵换向控制的排油口连接回油管路；所述电子泵通过电子泵单向阀与主油路联通，所述主油路的流量导向所述液压换挡子系统。

在本实施例中，所述湿式离合器活塞单元模型有两个，两个所述湿式离合器活塞单元模型分别通过各自的离合器控制电磁比例阀与主油路连接；所述多模离合器活塞单元模型包括多模离合器B1活塞单元模型和多模离合器B2活塞单元模型，所述多模离合器控制电磁阀包括多模离合器B1控制电磁阀和多模离合器B2控制电磁阀，所述多模离合器B1活塞单元模型通过多模离合器B1控制电磁阀与主油路连接，所述多模离合器B2活塞单元模型通过多模离合器B2控制电磁阀与主油路连接；所述液压换挡子系统还包括驻车机构控制电磁阀，所述驻车活塞单元模型通过驻车机构控制电磁阀与主油路连接。

在使用AMESim软件建模时，对于比较简单和可简化的实物要素，直接采用液压库中的元件，根据实际物理模型的函数，调节设置精确参数，使其可作为准确仿真模型使用。

对于比较复杂及简化后会影响性能的实物要素，则需要采用液压元件设计库及机械库等中的元件模型，组合功能，从而实现复杂模型的搭建。所述仿真平台的建模方法包括以下步骤：

Step1、确定仿真平台的具体应用范围及仿真工况，确定第一级输入输出信息；

本仿真平台的具体应用于阀体开发时的机械阀设计仿真分析，电磁阀选型分析，冷却润滑油量分配分析，总成仿真平台仿真分析机械泵、电子泵不同转速工况下，电磁阀不同电流下各油路油压值，换挡动作对各油路油压值影响。总成仿真平台的第一级输入输出信息中的输入信息为机械泵、电子泵转速，电磁阀电流，输出信息为仿真平台流量、油压，同时也包括阀芯位移等信息。

Step2、根据平台工况需求及第一级输入输出信息，确定仿真平台中各单元模型、子系统与实物要素对应的物理参数，确定第二级输入输出信息；

针对单个阀的实物要素，包括阀芯、油口、压力容腔、弹簧、节流孔、电磁铁（电磁比例阀）；所述参数要素包括阀芯位移、弹簧刚度、压力容腔之间的节流孔大小、压力容腔压力、压力容腔的有效作用面积和油口流量、阀芯及阀套的配合间隙、力-电流函数（电磁比例阀）。

Step3、根据各单元模型、子系统的物理参数及输入输出信息，确定所需要的功能子模块，确定各功能子模块的物理参数及输入输出信息；

在AMESim软件库中，找出与各实物要素对应的元件模型，并根据具体的单个实物的工程应用要求，确定各元件模型的功能子模块，并确认各元件模型的相关边界要求。

Step4、根据液压换挡系统中各实物结构，建立各单元模型、功能子模块之间的连接，并针对每个单元模型一一进行仿真；

液压换挡系统仿真平台模型在集成之前，针对每个单元模型及子模块模型进行仿真分析，确认在特定油口流量、压力条件下，各自的工作特性是否与设计值及实物要素相吻合，确保集成后的平台及可真实准确反应液压换挡系统固有特性。

Step5、根据混合动力变速箱液压换挡系统架构、油路布置确定各单元模型、子系统之间的工作关系网络，将所有单元模型、功能子模块集成为液压换挡系统仿真平台，用于实现总成测试仿真。采用各个实物要素对应的单元模型建立液压换挡系统仿真平台模型，包括：建立各个实物要素对应的单元模型之间的管路、信号关系模型，从而得到本实施例的液压换挡系统仿真平台。

步骤S4中已完成各单元仿真模型的搭建与仿真验证，结合液压换挡系统方案原理、阀体及箱体的油路布置，分析各单元模型之间的工作关系，集成搭建总成仿真平台模型，根据工程应用中的实际工况，设置机械泵、电子泵工作转速，电磁阀电流，仿真测试各工况下的系统流量及压力是否达到目标值，并针对离合器动作时的相互影响进行仿真分析，如整个系统仿真结果存在缺陷，根据仿真结果针对原理方案进行调整优化，直至整个液压换挡系统特性符合设计要求。更进一步的，通过仿真结果与试验结果对比分析，修正平台模型，使上述仿真平台工作特性与实际试验特性吻合，并可在仿真平台仿真分析极限工况及苛刻环境的数据结果。

具体地，以主调压阀为例，对仿真平台各单元模型的建立进行详细说明。

主调压阀实物图如图3所示，该主调压阀的实物要素包括控制油腔1、控制油腔进油口2、弹簧3、阀芯4、凹口5、主调压阀进油口6、主调压阀出油口7、反馈油腔8以及反馈油口9。

进一步地，分析主调压阀工作原理，确定影响主调压阀仿真模型的关键要素，从而匹配选择合适的元件子模型。主调压阀的工作原理为，控制油腔1的油压为先导电磁调压阀控制压力，通过节流孔经控制油腔进油口2进入控制油腔1，有压力作用于阀芯4的端面，反馈油腔8的油液经反馈腔油口X、节流孔与主调压阀进油口6的油液联通，结合控制油腔1中的弹簧3的刚度设计，通过控制先导电磁调压阀的电流来调节控制油腔1内的压力，进而通过控制油腔1与反馈油腔8的压差及弹簧3的弹力，影响阀芯开度，进而控制主调压阀进油口6的压力。与控制油腔1相连的节流孔及与反馈油腔8相连的节流孔，均有一定的阻尼作用，缓解主调压阀在调压过程中的压力振荡。进一步地，阀芯上的凹口5，在一定阀芯开度下，亦可影响油压震荡。

分析主调压阀实物要素及工作原理后，在AMESim软件中匹配合适的元件库，建立主调压阀仿真模型，如图4所示，主调压阀仿真模型示意图仅显示了主调压阀本体模型，未包含相关节流孔。模型搭建完成后，针对关键实物要素对应的模型物理参数，进行精确设置，包括凹口5的构型，阀芯4的零位移遮盖特性，阀芯位移，阀芯质量，弹簧刚度，阀芯直径等。

以主调压阀为例，主调压阀部分参数可以设置如下：主调压阀的控制油腔1一侧直径为15mm，反馈油腔8一侧直径为9.6mm，阀芯零位移遮盖值为2.8mm，阀芯质量为22g，阀芯极限位移为6mm，弹簧刚度为2.85N/mm等。

本实施例的方法还包括对应单元模型的具体工况，检验所建立的所述单元仿真模型的正确性及合理性。

本实施例的方法还包括检验所述液压换挡系统仿真平台工作原理的正确性，当工作原理的正确性出现偏差时，对液压换挡系统仿真平台进行调整。

本实施例的方法还包括设置液压换档系统仿真平台模型参数，进行不同工况下仿真平台模型仿真分析，根据所述仿真分析的仿真结果与产品试验数据的对比情况，优化修正液压换挡系统仿真平台模型参数。

本实施例建立的仿真平台优化完成后，可针对一类变速箱液压换档的试验仿真测试。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台，其特征在于，采用AMESim软件，根据混合动力变速箱液压换挡系统设计方案，搭建仿真平台，所述仿真平台包括供油子系统、冷却润滑子系统、液压换挡子系统；所述液压换挡子系统包括湿式离合器活塞单元模型、多模离合器活塞单元模型、驻车活塞单元模型，所述仿真平台的建模方法包括以下步骤：

S1、确定仿真平台的具体应用范围及仿真工况，确定第一级输入输出信息；

S2、根据平台工况需求及第一级输入输出信息，确定仿真平台中各单元模型、子系统与实物要素对应的物理参数，确定第二级输入输出信息；

S3、根据各单元模型、子系统的物理参数及输入输出信息，确定所需要的功能子模块，确定各功能子模块的物理参数及输入输出信息；

S4、根据液压换挡系统中各实物结构，建立各单元模型、功能子模块之间的连接，并针对每个单元模型一一进行仿真；

S5、根据混合动力变速箱液压换挡系统架构、油路布置确定各单元模型、子系统之间的工作关系网络，将所有单元模型、功能子模块集成为液压换挡系统仿真平台，用于实现总成测试仿真。

2.根据权利要求1所述的一种柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台，其特征在于，所述供油子系统包括机械泵，电子泵，油泵换向阀，油泵换向控制电磁阀，机械泵单向阀和电子泵单向阀，所述机械泵通过所述油泵换向阀联通主油路或冷却润滑油路；所述主油路和所述冷却润滑油路之间还设置有主调压阀和主调压阀先导电磁比例阀；所述油泵换向阀具有第一工作位和第二工作位，所述油泵换向阀工作在第一工作位或第二工作位，当所述油泵换向阀处在第一工作位时，所述油泵换向阀把所述电子泵的流量导向所述冷却润滑油路，当所述油泵换向阀处在第二工作位时，所述油泵换向阀把所述机械泵的流量导向所述主油路；所述机械泵与所述油泵换向阀的进油口联通，所述油泵换向阀的第一出油口与冷却润滑油路联通，所述冷却润滑油路的流量导向所述冷却润滑系统；所述油泵换向阀的第二出油口与所述主油路联通，所述油泵换向阀的控制端口与油泵换向控制电磁阀的出油口联通，所述油泵换向控制电磁阀的进油口连接所述主油路，所述油泵换向控制的排油口连接回油管路；所述电子泵通过电子泵单向阀与主油路联通，所述主油路的流量导向所述液压换挡子系统。

3.根据权利要求2所述的一种柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台，其特征在于，所述湿式离合器活塞单元模型有两个，两个所述湿式离合器活塞单元模型分别通过各自的离合器控制电磁比例阀与主油路连接；所述多模离合器活塞单元模型包括多模离合器B1活塞单元模型和多模离合器B2活塞单元模型，所述多模离合器控制电磁阀包括多模离合器B1控制电磁阀和多模离合器B2控制电磁阀，所述多模离合器B1活塞单元模型通过多模离合器B1控制电磁阀与主油路连接，所述多模离合器B2活塞单元模型通过多模离合器B2控制电磁阀与主油路连接；所述液压换挡子系统还包括驻车机构控制电磁阀，所述驻车活塞单元模型通过驻车机构控制电磁阀与主油路连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台，其特征在于：步骤S1中，所述第一级输入输出信息的输入信息为机械泵、电子泵转速，电磁阀电流，输出信息为仿真平台的流量、油压和阀芯位移。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台，其特征在于：步骤S2中，所述物理参数包括阀芯位移、弹簧刚度、压力容腔之间的节流孔大小、压力容腔压力、压力容腔的有效作用面积和油口流量、阀芯及阀套的配合间隙、电磁比例阀的力-电流函数。

6.根据权利要求1-3任一所述的一种柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台，其特征在于：步骤S3具体过程还包括：在AMESim软件库中，找出与各实物要素对应的元件模型，并根据具体的单个实物的工程应用要求，确定各元件模型的功能子模块，并确定各元件模型的相关边界要求。

7.根据权利要求1-3任一所述的一种柴油E-CVT混合动力变速箱液压换挡系统仿真平台，其特征在于：液压换挡系统仿真平台在集成之前，针对每个单元模型及功能子模块进行仿真分析，确认在特定油口流量、压力条件下，各自的工作特性是否与设计值及实物要素相吻合。

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