脉宽调制数字比例溢流阀研究

　　1 概述

　　车辆自动变速箱中的湿式离合器是靠其摩擦元件所产生的摩擦力来传递力矩的,除了一些结构参数外,摩擦力矩主要取决于摩擦系数和换挡离合器液压缸的油压,这两个因素在湿式离合器的结合过程中是变动的,而油压可以方便地进行控制。合理地控制换挡过程中油压的变化规律,能够有效地限制变速箱输出轴上的转矩扰动,得到良好的换挡品质,使车速平稳地过渡[1]。

　　实际应用中有多种油压控制方法,所采用的原理和结构也大不相同,主要有缓冲阀和比例溢流阀等。缓冲阀可以在湿式离合器的结合过程中实现如图1所示的油压特性,简称“缓冲特性”,该特性包括3个阶段的压力,即“快速充油”(o~a)、“缓冲升压”(a~b)、“阶跃升压”(b~c)。“快速充油”阶段克服湿式离合器分离弹簧的预压力,消除摩擦片的间隙,达到湿式离合器刚刚开始结合。此阶段不产生摩擦力矩,对换挡品质的好坏没有影响。“缓冲升压”阶段从摩擦片开始传递摩擦力矩,到湿式离合器主、被动边转速同步,换挡过程结束为止,该阶段也就是湿式离合器的滑磨过程,对换挡品质的好坏起着决定性作用,所控制的压力称为“缓冲压力”,所经历的时间称为“缓冲时间”。若控制该过程的起点压力pa为一定时,/缓冲时间和“缓冲终点压力”决定了油压特性的变化规律,特别是缓冲时间的长短需要综合考虑。若缓冲时间较短,会产生较大的换挡冲击和动负载,使换挡品质变坏;反之,若缓冲时间较长,改善了换挡品质,但湿式离合器滑磨时间长,累计滑磨功增加,将导致摩擦元件温度升高、磨损增加。“阶跃升压”阶段是为了保证湿式离合器具有足够的力矩储备,当“缓冲升压”阶段结束后,缓冲阀的进油节流边全部打开,使油压急剧升到系统压力,因该阶段之前换挡过程已经结束,所以对换挡品质也没有影响[1~2]。

　　目前国内外比例溢流阀有不少品种,分为模拟式和数字式两种。模拟式比例溢流阀一般是在普通先导式溢流阀的基体上进行结构改造,增加电控部件构成如图2a[3]。

　　脉宽调制数字比例溢流阀的工作原理如图2b。当输入高速开关阀的PWM信号占空比增加时,高速开关阀开启的时间降低,从而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就加大,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,从而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[3]。比例溢流阀已经广泛应用于轿车自动变速箱中,动力控制单元PCM通过采用固定高频率的脉宽调制信号改变通过比例溢流阀的电流以控制自动变速器的管路油压,从而控制起步、升挡及降挡的质量[4]。