基于amesim的自動變速器液壓控制系統(tǒng)仿真研究

基于amesim的自動變速器液壓控制系統(tǒng)仿真研究

自動換速器（at）集機(jī)械、儀表和電子于一體。以液位為主要裝置，將液位變換和質(zhì)量控制在故障記錄的主要原因上。因此，診斷故障是現(xiàn)代車輛總數(shù)的首要任務(wù)。液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且元件結(jié)構(gòu)封閉在閥體內(nèi),既沒有機(jī)械傳動系統(tǒng)直觀,也不像電氣元件那樣可以方便地測取相關(guān)參數(shù),方便地實現(xiàn)自診斷。這種液壓系統(tǒng)失效的隱蔽性是導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障診斷困難的直接原因。在自動變速器產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段,對其進(jìn)行有效的可靠性分析是保證產(chǎn)品質(zhì)量不可缺少的重要過程。自動變速器液壓控制系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)和組成的復(fù)雜性,潛在的功能失效模式具有多樣性、不確定性和隨機(jī)性,所以對其進(jìn)行可靠性分析難度較大并且工作量較大。針對這些實際問題,提出了采用模擬仿真的方法對自動變速器液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析。AMESim(AdvancedModelingEnvironmentforPerformingSimulationsofEngineeringSystems)是法國Imagine公司推出的液壓/機(jī)械系統(tǒng)建模、仿真及動力學(xué)分析軟件,利用AMESim軟件可以對自動變速器工作過程進(jìn)行有效的仿真,也可以利用該軟件系統(tǒng)在液壓領(lǐng)域強(qiáng)大的建模、分析功能,對自動變速器液壓控制系統(tǒng)建立有效的模型,通過系統(tǒng)故障參數(shù)設(shè)定,件失效情況下進(jìn)行仿真模擬,經(jīng)仿真結(jié)果比較,以確定液壓元件失效對系統(tǒng)的影響。通過AMESim對自動變速器液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的模擬仿真分析,確定液壓元件失效對系統(tǒng)的影響,對自動變速器液壓控制系統(tǒng)的可靠性分析提供了一種模擬仿真的方法。同時為開發(fā)自動變速器故障診斷專家系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ),是自動變速器液壓控制系統(tǒng)故障分析的一種行之有效的方法。1自動變壓器各子系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況對比研究目前,自動變速器主要采用電液控制,其中液壓控制系統(tǒng)起到了重要作用。自動變速器液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,根據(jù)各部分功能,把液壓控制系統(tǒng)分為供油調(diào)壓和流量控制子系統(tǒng)、換擋控制子系統(tǒng)、換擋品質(zhì)控制子系統(tǒng)和液力變矩器油路子系統(tǒng)。變速器油壓由油泵經(jīng)壓力調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、換擋控制子系統(tǒng)進(jìn)入執(zhí)行器(離合器和制動器)液壓缸,同時換擋品質(zhì)控制子系統(tǒng)對蓄能器液壓缸產(chǎn)生背壓,以獲得較好的換擋品質(zhì),執(zhí)行器作用于行星齒輪機(jī)構(gòu)的相應(yīng)機(jī)構(gòu)完成換擋動作。文獻(xiàn)對自動變速器電液控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)部分典型液壓元器件建立了穩(wěn)態(tài)工況下的數(shù)學(xué)模型。但是考慮到自動變速器液壓控制系統(tǒng)實際工作情況比較復(fù)雜,穩(wěn)態(tài)工況的數(shù)學(xué)模型不能全面準(zhǔn)確描述其實際工作情況。利用AMESim軟件實現(xiàn)自動變速器液壓控制系統(tǒng)工作的動態(tài)模擬仿真,彌補(bǔ)了穩(wěn)態(tài)模型不符合實際工況的缺陷。下面就某型電控自動變速器供油調(diào)壓和流量控制子系統(tǒng)分別分析其穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型與AMESim環(huán)境中的可靠性模擬仿真方法。1.1比例壓力閥的組成供油調(diào)壓和流量控制子系統(tǒng)主要由油泵、限壓安全閥、減壓閥、比例壓力閥和主調(diào)壓閥等組成,如圖1示。供油調(diào)壓和流量控制子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)提供壓力油源,保證變矩器供油,向整個油壓控制系統(tǒng)提供一定壓力和足夠流量的油液,按需調(diào)節(jié)壓力和流量。圖2是比例壓力閥模型。比例壓力閥由壓力控制電磁閥(PressControlSolenoidValve,PCS閥)和轉(zhuǎn)矩信號調(diào)節(jié)閥(TorqueSignalRegulationValve,TSR閥)組成。壓力控制電磁閥是PWM控制的電磁比例先導(dǎo)閥?？刂破骺刂普伎毡?使占空比與油門開度成反比,而電磁線圈的平均電流強(qiáng)度及電磁力隨著占空比的增加而增加,PCS閥的輸出油路壓力pc隨著平均電流增大而降低,即可以通過占空比調(diào)節(jié)輸出油壓pc。其穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以表示為:主調(diào)壓閥由調(diào)壓閥(PressureRegulatorValve,PRV閥)和兩個增力閥芯(倒擋增力閥芯、系統(tǒng)增力閥芯)組成。當(dāng)預(yù)選桿處于不同的位置時,作用在主調(diào)壓閥上的油壓有所不同,預(yù)選桿在各個不同擋位時穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以表示為:式中:pL為主油路油壓;F為主調(diào)壓閥彈簧剛度;1.2系統(tǒng)模型的建立文獻(xiàn)根據(jù)液壓元件結(jié)構(gòu)特征,利用AMES-im軟件中液壓標(biāo)準(zhǔn)元件庫和液壓元件設(shè)計庫(HydraulicComponentDesign,HCD)建立了該型電控自動變速器的減壓閥(AFV閥)、比例壓力閥和主控制閥模型,按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組建了供油調(diào)壓和流量控制子系統(tǒng),并且進(jìn)行了動態(tài)響應(yīng)分析。圖3、4分別是減壓閥和比例壓力閥在AMESim仿真環(huán)境下的模型。2基于amesim的液壓和液壓模擬仿真對產(chǎn)品進(jìn)行可靠性分析是提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑。故障模式、影響及后果分析(FMECA)和故障樹分析(FTA)理論作為可靠性分析的手段,廣泛應(yīng)用于汽車、航天航空、船舶等領(lǐng)域。但是,應(yīng)用FMECA、FTA對系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析時,隨著系統(tǒng)復(fù)雜度的增大,分析的難度和工作量也相應(yīng)增大。針對復(fù)雜的系統(tǒng),特別像自動變速器集機(jī)械、液壓和電子于一體的系統(tǒng),借助有效的領(lǐng)域模擬仿真軟件,對系統(tǒng)分別進(jìn)行正常工作情況下和元件失效情況下的模擬仿真,最后比較仿真結(jié)果,可以相對比較簡便地得到元件失效與其引起的系統(tǒng)故障之間的聯(lián)系。AMESim作為專門用于液壓、機(jī)械系統(tǒng)建模、仿真及動力學(xué)分析的優(yōu)秀軟件,為流體動力、機(jī)械、控制系統(tǒng)提供了一個完善的仿真環(huán)境。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置能夠表示元件失效的參數(shù),借助AMESim的批處理功能對自動變速器供油調(diào)壓和流量控制子系統(tǒng)在正常工作情況和元件失效情況分別進(jìn)行模擬,最后綜合分析模擬結(jié)果,建立自動變速器供油調(diào)壓和流量控制子系統(tǒng)故障與其構(gòu)成液壓元件失效的聯(lián)系。供油調(diào)壓和流量控制子系統(tǒng)在變速器液壓控制系統(tǒng)中主要起供油調(diào)壓作用,故選取供油調(diào)壓和流量控制子系統(tǒng)輸出壓力pL為主要研究對象。2.1系統(tǒng)正常工作和可調(diào)科學(xué)響應(yīng)設(shè)置可調(diào)排量油泵回位彈簧的剛度系數(shù)為一個非零的無窮小的數(shù),即可表示回位彈簧因無彈性而失效。圖5所示,為系統(tǒng)正常工作和可調(diào)排量油泵回位彈簧失效情況下的模擬仿真結(jié)果。很明顯,當(dāng)可調(diào)排量油泵回位彈簧失效時,供油調(diào)壓和流量控制子系統(tǒng)輸出的油壓突然下降至接近0,不能滿足自動變速器正常工作油壓需要,汽車將出現(xiàn)起步困難,換擋執(zhí)行器打滑等現(xiàn)象。2.2壓力控制電磁閥失效對扭矩信號控制閥輸出油壓的影響設(shè)置壓力控制電磁閥的輸入信號為0,即可表示壓力控制電磁閥喪失功能,其輸出油壓pc也必為0。在建立穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型時,可以知道轉(zhuǎn)矩信號調(diào)節(jié)閥(TSR閥)輸出油壓ps由壓力控制電磁閥輸出油壓pc控制,故壓力控制電磁閥失效必然影響轉(zhuǎn)矩信號調(diào)節(jié)閥輸出油壓ps。圖6所示為在正常工作狀態(tài)和壓力控制電磁閥失效情況下轉(zhuǎn)矩信號調(diào)節(jié)閥輸出油壓ps的仿真結(jié)果。當(dāng)壓力控制電磁閥失效時,轉(zhuǎn)矩信號調(diào)節(jié)閥輸出油壓恒為0。而轉(zhuǎn)矩信號調(diào)節(jié)閥輸出油壓又控制換擋品質(zhì)控制系統(tǒng)的蓄能器閥,故壓力控制電磁閥(PCS閥)失效會引起一定的換擋沖擊。壓力控制電磁閥失效對系統(tǒng)輸出油壓pL的影響如圖7所示。因壓力控制電磁閥失效,系統(tǒng)輸出主壓力pL有所下降,可能導(dǎo)致?lián)Q擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)打滑等現(xiàn)象。依據(jù)上述方法利用AMESim對自動變速器整個液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行可靠性模擬仿真,最終可以建立液壓元器件失效與液壓控制系統(tǒng)故障的聯(lián)系。3基于可靠性分析的啟發(fā)式仿真借助AMESim仿真軟件平臺對自動變速器液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真,確定液壓元件失效所引起的系統(tǒng)故障,可以作為自動變速器液壓控制系統(tǒng)可靠性分析的一種模擬仿真方法。這種方法彌補(bǔ)了對系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析時不能準(zhǔn)確描述系