自动变速器用两种电磁阀性能的分析

ＤＯＩ：１０．１９４６６／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４—１９８６．２０１７．０８．００９　自动变速器用两种电磁阀・１４能的分析　

邱辉鹏　（陕西法士特公司研究院，陕西西安７１０１１９）　

摘要：对ＶＢＳ和ＶＦＳ电磁Ｉ｝ｊ｛ｌ的结构进行分析，推导　电磁阀的输出控制压力的敏感因素，得出传统的ＶＢＳ电磁阀会受到油温　和供油压力的影响．而ＶＦＳ电磁阀仅与控制电流相关。研究结果为自动变速器的电磁阀选型与标定提供＿，参考。　关键词：自动变速器；ＶＢＳ电磁阀；ＶＦＳ电磁阀；控制精度　中图分类号：Ｕ４６３．２１２文献标志码：Ｂ文章编号：１６７４—１９８６（２０１７）０８—０４２－０４　

Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｗｏ　Ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　Ｓｏｌｅｎｏｉｄ　Ｕｓｅｄ　ｉｎ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ＱＩＵ　Ｈｕｉｐｅｎｇ　（Ｓｈａａｎｘｉ　ＦＡＳｒｒ　Ａｕｔｏ　Ｄｒｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’ａｎ　Ｓｈａａｎｘｉ　７１０１　１９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｔ’ＶＢＳ　ａｎｄ　ＶＦＳ　ｓｏｌｅｎｏｉｄｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ｉｍｑｕｅｎｃｅｄ　ｔｈｅ　ｓｏｌｅｎｏｉｄｓ　ｏｕｔｐｕｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｅｓ—　ｓｕｒｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｗｅｒｅ　ｄｅｄｕｃｅｄ．Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｉｔ　ｉｓ　ｋｎｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＶＢＳ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ　ｉｓ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｌｙ　ｏｉｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，　ｂｕｔ　ｔｈｅ　ＶＦＳ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ　ｉｓ　ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｆａｃｔｏｒｓ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｏｎｌｙ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｈｏｓｅｎ　ａｎｄ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｔ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ　ｉ１３　ａｕｔｏｎｍｔｉｃ　ｔｒａｎｓｎｆｉｓｓｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ＶＢＳ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ；ＶＦＳ　ｓｏｌｅｎｏｉｄ；Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｃｃｕｒａｃｙ　

Ｏ　引言　自动变速器无论在乘用车领域还是商用车领域都日渐普　及。比例电磁阀作为自动变速器（包括ＡＴ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｒａｎｓ—　ｍｉｓｓｉｏｎ）、ＤＣＴ（Ｄｕａｌ　Ｃｌｕｔｃｈ　Ｔｒａｏｓｍｉｓｓｉｏｎ）、ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　Ｖｍ’ｉａｂｌｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）、ＡＭＴ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓｍｉｓ　ｓｉｏｎ）等）控制系统及换挡系统的执行元件，其性能决定了自　动变速器的控制性能及换挡舒适性…．因此对它的研究变得日　益重要。当前发达国家主流自动变速器产品使用的比例电磁阀　大致分为两种：一种为传统的闭环ＶＢＳ电磁阀（Ｃｌｏｓｅｄ—Ｅｎｄ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｂｌｅｅｄ　Ｓｏｌｅｎｏｉｄ）。另一种为近几年开发成功的ＶＦＳ电磁　阀（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｆｏｒｃｅ　Ｓｏｌｅｎｏｉｄ）。后者在国外新开发的自动变速器　上的应用越来越广泛。而国内对其研究很少，也没有选用它的　产品。作者从结构、原理入手。对两种电磁阀进行分析。并通　过试验对两种电磁阀的性能进行比较。为自动变速器的设计选　用及标定提供参考。　

１　结构原理　１．１　ＶＢＳ电磁阀结构　传统的ＶＢＳ电磁阀结构示意图如图ｌ所示。　图中，ＳＵＰＰｌＪＹ对应的是电磁阀的供油口，ＣＯＮＴＲＯ１　ＰＯＲＴ是电磁阀的输出口，连接的是被控油路．ＥＸＨＡＵＳＴ为电　磁阀的泄油口。供油口、输出口和泄油口问通过密封圈进行密　封　。供油油道和输出控制油道问、控制油道和泄油油道间均　设计有截留口，而两个截留口的开启和关闭是反向相关的。可　以将上述结构简化为如图２所示的原理图　

《ａ）电磁阀全开　【ｂ１电磁阀部分开　ＳｌＰＰＩ　、ＥＸＩＩＡ　Ｌ　ＳＴ　

，±　

ＳＵＰＰＬ、０Ｒｌｌ　ｌ（’　———＿＿Ｊ　…　（（’ｈ）ｓｅｄ１　ＭＥＴＥＲＩＮＧ　ＯＲＩＦＩ（’Ｅ　ｆＦｕＩＩ　Ｏｐｅｎ｝　｛ｃ１电磁润令关　

收稿１３期：２０１６一ｌ２—２２　作者简介：邱辉鹏．　，硕　研究，Ｊ‘阳为变速　设汁Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｉｕｈｕｉｐｅｎｇ＠（－ｈｉ１ｍｆａｓｔｇｅａｒ．ｃ（１ｌ１　

２．．．０．．．．１．　．７．　—，０—８Ａｕ　ｔｏｍｏｂｉ．１．ｅ．．．．．Ｐａｒｔ—ｓ　

０４２　研究与开发　

１　ＶＢＳ电磁　结卡勾ｌ划　

…叫　＿一　。　吼㈣　（　（　Ｏｎｔｒ０Ｉ　Ｐｒｃｓｓｕ　ｒｅ　２　ＶＢＳ　Ｉ乜磁　结构　

１．２　ＶＦＳ电磁阀结构　ｖＦ、ｓ电磁阀液压部分的结构原理如图３所示。　

ＣＯＮＴＲ０　ＰｏＲＴ　

冬１　３　ＶＦＳ电磁　结构爪患『剥　其外部接口尺寸以及密封形式与ＶＢＳ电磁阀完全一致，最　大的区别在于截留口形式的不同。在ＶＦＳ电磁阀中，在阀芯的　径向上设计有通孔。此通孔与阀座配合形成可变的截流孔。当　阀芯向左运动时，供油油道与控制油道通过阀芯上的通孔连　通．并可以通过给电磁线圈不同的电流，调节阀芯上的通孔与　阀座形成的截留口大小。当阀芯向右运动时，阀芯上的通孔也　向右运动．控制油道与泄油油道连通，而供油油道与控制油道　不再连通，此时电磁阀不再输出控制压力。　

２控制原理分析　２．１　ＶＢＳ控制原理分析　从图１和图２可以看出ＶＢＳ上的可变截流孔是其输出控制　压力的关键所在。目前自动变速器领域内使用的ＶＢＳ电磁阀均　通过球阀或滑阀来实现此可变截流孔，如图４所示。　

ｆａ）滑阀截流孔　Ｉ　ｂ）球阀截流孔　４　ＶＢＳ｝Ｕ磁　饿流ｆＬ波汁　

当油液流过截流孑Ｌ时会产生液动力，这种液动力是Ｖ　电　

磁阀截流孔自身的一种属性，其大小与油液的温度和供油压力　都有关系，如式（１）所示：　’　＝／‘（７　，，Ｊ、Ｉ　）　（１）　式中：７　代表温度；ｆ　、代表截流孔的进入压力；　代表电磁阀　阀芯的位移。　下面以滑阀截流孔型的ｖ　电磁阀为例，分析电磁阀输出　控制压力与各因素的关系。ｖＢｓ电磁阀阀芯受力如图５所示。　

５　ＶＢＳ『乜儆　受　衡　根据图５可以得出式（２）：　’　＝Ｆ　＋　＋　一　１　（２）　其中：　是电磁阀输出的控制油压作用在反馈面积上的力；　为电磁阀的电磁力；　为电磁阀中的弹簧力；Ｆ　为电磁阀中的　输入油压作用在阀芯上的不平衡面积上产生的力，如式　（３）一（６）所示：　Ｆ．

＝　×　（３）　

Ｆ．．＝／（　，ｉ）　（４）　Ｆ　＝．

／’（　）　（５）　

Ｆ．＝Ｐ　Ｘ　Ａ　（６）　式中：　为电磁阀输出的控制压力　１ＩＩｌ为电磁阀反馈作用面的　面积：　为电磁阀阀芯的位移；Ａ为电磁阀的供油压力作用的　不平衡面积。对于具体的电磁阀，Ａ，和Ｉ４都是常数，因此可以　得出式（７）：　，Ｊｌ＝／（　，ｉ，７　，Ｐ　）　（７）　上式表明！ＶＢＳ电磁阀输出的控制压力不仅与电磁阀的控　

制电流ｉ有关．还会受到油温，厂和供油压力Ｐ　的影响。　

２．２　Ｖ　控制原理分析　通过对ＶＦＳ的结构分析可以知道，Ｖ　电磁阀的阀芯上不　会产生液动力．．电磁阀阀芯的受力平衡关系如图６所示。　

：　■圜　…　６　ＶＦＳ　ＩＵ磁　的受　川　衡　根据图６可以得到式（８）一（９）　．＝　｛一　

，　＝／’（ｘ，ｉ，Ａ．Ｉ．）　

研究与开发　

（８）　（９）　

Ａ｛ｊ｝０ｍ　）　ｆ０　Ｐ￣ｆｔ５　２０１７．０８　０４３　由式（９）可知：ＶＦＳ电磁阀的输出控制压力只与电磁阀　的控制电流ｉ相关，不再受到油温７１和供油压力Ｐ　的影响，这　就为实现精确控制和稳定控制奠定了基础。　３控制精度试验　从上述理论分析可知。ＶＦＳ电磁阀的输出控制压力仅与电　流相关．而ＶＢＳ电磁阀则会受到其他因素如供油压力和油温等　因素的影响。基于此，作者开展了如下两个试验对其进行　分析。　３．１　供油压力敏感性试验　随机选取３０个ＶＢＳ电磁阀和ＶＦ、Ｓ电磁阀。首先，在供油　压力为５３０　ｋＰａ时．调整控制电流使电磁阀的输出控制压力为　１５０　ｋＰａ；保持电流稳定，并调整供油压力，分别在２７５、４３３、　７４４和８９６　ｋＰａ条件下，记录输出的控制压力偏移值，整个试　验过程保持油温７０　，得到图７所示的结果。　供油压力／ｋＰａ　（ａ）ＶＢＳ试验结果　供油压力／ｋＰａ　『ｂ）ＶＦＳ试验结果　罔７电磁阀供油　敏感性试验结果　图７中的黑点为偏移量的平均值。竖直柱条为偏移值的　范围。从试验结果可见。ｖＢｓ电磁阀的偏移范围为一２３～　３　ｋＰａ，ＶＦＳ电磁阀的偏移范围为一８～４　ｋＰａ．仅为ＶＢＳ偏移　范围的４６％；而对于偏移平均值．ＶＢＳ的波动更大，且很难　得出规律性，ＶＦＳ的偏移平均值很小。且与供油压力呈一致　性变化。　综合起来，相比于ＶＢＳ，ＶＦＳ电磁阀在后续关于不同供油　压力的标定中可以很方便地给出偏移补偿。　２．．．．０．．．１　．．７　．０８Ａｕｔｏｍ．．．．ｏ．．．．ｂ．．．ｉ．．１．ｅ．．。．Ｐ　．．ａ．。　—ｒｔ—ｓ　０４４　研究与开发　３．２油温敏感性试验　随机选取３０个ＶＢＳ电磁阀和ＶＦＳ电磁阀，在７０℃时使其　输出控制压力为１９０、２８５、３８０和４７５　ｋＰａ，并逐渐将油温升　高到１３５℃，记录其温度偏移值，得到图８所示的结果。　

输出的控制压力／ｋＰａ　（ａ１　ＶＢＳ试验结果　

输出的控制压力／ｋＰａ　（ｂ）ＶＦＳ试验结果　

８两种电磁阀温度敏感性试验结粜　

图８中黑点为偏移量的平均值，竖直柱条为偏移值的范　围。从图８可见：当油温从７０℃升高到１３５　ｃ【：时，变速器油液　黏度下降。电磁阀自身和测试系统的泄漏均会增加，将会导致　测得的输出控制压力的偏移平均值均呈现负偏移；ＶＢＳ电磁阀　的平均偏移量变动范围很大。从一２２　ｋＰａ到一４　ｋｐａ；而ＶＦｓ电　磁阀的平均偏移量非常稳定．均为一５．５—一５　ｋＰａ，考虑因油液　黏度下降导致的泄漏．可以认为ＶＦＳ对温度不敏感。　输出控制压力的偏移范围，ＶＢＳ电磁阀非常宽泛，从一２５　ｋＰａ到＋７　ｋＰａ，说明ＶＢＳ个体偏差非常大；而ＶＦＳ的偏移范围　在一８　ｋＰａ到一４　ｋＰａ，仅为ＶＢＳ范围的ｌ２．５％，非常稳定。　综合起来．相比于ＶＢＳ，ＶＦＳ电磁阀在后续关于不同温度　的标定中可以很方便地给出偏移补偿。　

４结论　电磁阀作为自动变速器中执行控制指令的核心零部件，对　比传统的ＶＢＳ电磁阀，ＶＦＳ电磁阀的输出控制压力对供油压力　和温度不敏感，只与控制电流相关，为变速器后期的标定工作　提供了良好的基础。　ＶＦＳ输出控制压力精度的提高，可以进一步提高离合器／　制动器结合或脱开时工作压力的准确度．这将极大地改善车辆　的换挡舒适性。