液力自动变速器中影响离合器压力控制元件控制压力的因素

朱佳兴，王凯峰，汪锐

液力自动变速器中影响离合器压力控制元件控制压力的因素

朱佳兴，王凯峰，汪锐

（陕西法士特齿轮有限责任公司 智能传动研究所，陕西 西安 710077）

自动变速器中的液压控制系统是自动变速器的重要组成部分，其中压力控制元件是控制离合器压力能够快速、准确、稳定的关键元件。从该元件或部件的设计角度分析离合器压力控制的影响因素，能够清晰地认识该部分的元件对离合器压力控制影响的重要程度及特点。这些因素的整体汇总，不仅有助于工程师更加明了地平衡设计过程中存在的冲突，也能帮助工程师准确快速的寻找具体工况下的出现问题。

自动变速器；液压控制；离合器压力控制；控制阀

前言

随着汽车工业的发展和进步，搭载液力自动变速器（Au- tomatic Transmission，以下简称AT）的汽车因其良好的舒适性以及驾驶的简便性受到越来越多消费者的欢迎，AT的换挡关键在于对换挡点的合理选择以及对换挡过程的有效控制。换挡过程控制压力的效果直接影响到AT的换挡平顺性、零部件使用寿命及整车的驾乘体验，因此离合器压力的准确、稳定控制是实现迅速平稳换挡的基础。AT中液压控制模块（Hydraulic Control Module，以下简称HCM）的液压控制元件是控制离合器油压准确性及稳定性的基础元件，在设计过程中需要考虑的因素有很多。本文针对离合器压力控制的影响因素进行了总结，并说明了各影响因素对离合器控制元件的影响程度及影响趋势，帮助设计工程师设计该类元件时考虑。

1 压力控制元件结构及原理

AT中HCM内的液压控制元件存在有两种普遍型式：一种是图1、图2所示的直驱阀控制，即电磁元件的电磁力直接作用在控制离合器油压的阀芯上，达到直接控制离合器油压的效果，蓄能器将离合器油压稳定下来，该控制方式能够单个阀控制离合器的最大油压，响应快；另一种是图3、图4所示的先导阀控制，即电磁元件的电磁力先控制一个行程较短、直径较小的阀芯，该阀芯控制的是压力小的油压（普遍为8 bar），受控的油压受到蓄能器影响稳定，再作用至控制离合器油压的阀芯端口，达到间接控制离合器油压的效果，该控制方式响应速度相对于第一种来讲稍慢些，但由于受控的油压已经较为稳定，且作用时具有的延时效果相当于一种阻尼特性，所控制的离合器油压将会相对第一种型式更稳定和更准确。

图1 直驱式控制原理图

图2 直驱式控制结构

图3 先导式控制原理图

图4 先导式控制结构

2 离合器压力元件控制离合器压力的影响因素

配合图1—图4，对离合器压力控制元件影响压力控制的因素进行分析：

2.1 阀芯、阀孔配合公差

阀芯阀孔的配合公差，在一定范围内是不影响其压力控制精度的，但配合公差带既不能太大，也不能太小。公差带太大会导致阀芯各油道之间串油，并且阀体油液泄漏量较大，压力调节时的响应速度会变慢。公差带太小影响阀芯在阀孔中运动时克服的摩擦力大小，阀芯易磨损或卡、滞在阀孔内，导致压力控制不迅速、不准确、不稳定。通常普遍的公差配合设计为H7/f6，在公差配合带不改变的情况下，一般加严公差等级，变为H7/f5或H6/f5。

2.2 阀芯、阀体材料

阀芯、阀块的材料影响有两种：一种是材料影响阀芯的质量，也就是阀芯的惯性，惯性越大，电磁阀控制阀芯时克服的电磁力或液压力需求越大，且该种因素影响控制压力的响应速度、稳定性，对于电磁阀特性有较高要求；另一种是材料的膨胀系数不同，会影响阀芯、阀孔热态或冷态时的配合公差，阀芯、阀孔若采用同一种材料，则膨胀系数一致，对配合公差带影响较小，阀芯、阀孔若采用不同材料（如铝、钢配合），则需考虑该因素带来的影响。

2.3 阀芯、阀孔表面粗糙度

表面粗糙度实际上影响的是阀芯在阀孔中运动时克服的摩擦力大小，阀芯、阀孔的表面粗糙度越差，摩擦副产生的黏滞阻力越大。反之，表面粗糙度要求越高，则摩擦副产生的黏滞阻力越小。过高的表面粗糙度要求，也会适得其反，在阀芯初始运动前所需要克服的静摩擦力较大，也称之为压力控制死区，因此设计合适的表面粗糙度是离合器压力控制的关键，通常阀芯表面粗糙度为0.2，阀孔表面粗糙度为0.4。

2.4 阀芯、阀孔同轴度、圆柱度

阀芯、阀孔为了达到能够切换油路、控制压力的目的，通常会有断续设计如图1、图3所示。在油路切换时，阀芯与阀孔的断续设计互相影响，因此阀芯、阀孔的同轴度、圆柱度也对阀芯在阀孔中运动有着相当重要的约束作用。阀芯、阀孔的同轴度要求不合适，也会出现油路切换时的卡、滞现象，导致离合器压力控制不稳定，不准确。一般的阀芯、阀孔圆柱度要求越小越好。

2.5 结构应力

控制离合器的压力的阀芯、阀孔通常是集成在复杂的液压控制模块中。在安装或使用中，螺栓紧固力、油液压力引起的阀孔形变会使阀芯、阀孔配合发生变化，进而影响阀芯在阀孔中运动时克服的摩擦力大小。在布置螺栓位置、油液油道时，需要考虑应力分布，可在不影响布置、油路的前提下，增大倒圆角或增加筋来规避此类影响。

2.6 润滑油类型

由于离合器压力控制的根本是润滑油，因此润滑油的特性对离合器压力控制元件有着相当大的影响。润滑油的润滑性会影响阀芯在阀孔中运动时所克服的摩擦力。润滑油的黏度会影响油液的泄漏量及离合器压力控制响应速度。

2.7 温度

温度会影响润滑油的黏度、阀芯阀孔的配合公差。温度越高，润滑油黏度越低，泄漏量越大，黏滞阻力越小，离合器压力控制响应速度越快；温度越低，润滑油黏度越高，泄漏量越小，黏滞阻力越大，离合器压力控制响应速度越慢。

2.8 清洁度

离合器压力控制元件控制离合器压力时的润滑油清洁度。油液清洁度较差，对电磁阀的响应、阀芯在阀孔中的运动会有较大的影响。油液清洁度影响电磁阀自身的特性，包括但不限于直驱电磁铁、先导阀，也同样影响阀芯在阀孔中运动时的黏滞阻力大小，因此油液清洁度也是液力自动变速器、双离合变速器等的关键管控指标，清洁度越高对离合器压力的控制越好。

2.9 阀芯与油道的重叠

阀芯重叠量是指阀芯在阀孔中的初始位置与油路切换位置的距离，该距离会影响死区大小。重叠量越大，在受控的离合器压力发生变化之前（从0至最大控制压力，或从最大控制压力至0），阀芯需要移动的距离就越多，压力死区就越大，压力控制响应越慢；相反的，重叠量越小，阀芯需要移动的距离越小，压力死区就越小，压力控制响应越迅速。

2.10 阀芯回复力

在离合器压力控制过程中，控制元件想要将离合器压力控制在一个稳定值，需要有弹簧产生的弹力时刻作用在运动的阀芯上，反馈作用在阀芯上的抖动只会在一个方向上施加负载，作用在阀芯上的整体返回力是通过弹簧弹力和反馈液压力的合力，该返回力的最大加速力将限制抖动有效的频率，即调节离合器压力的稳定性，因此弹簧弹力的稳定性是保证离合器压力控制稳定性的一个关键因素。在设计中体现在反馈节流孔的尺寸一致性、阀芯反馈面积的尺寸一致性及弹簧力的一致性。

2.11 蓄能器

蓄能器具有稳定压力的作用，在离合器控制过程中，通常如图1所示与离合器腔并联连接在所控制的离合器压力油路或如图3所示与离合器压力控制滑阀的控制端并联连接，它合理的设计，能降低压力的峰值大小，相当于对离合器控制压力产生滤波效果。

2.12 电磁阀控制能力

电磁阀的电感，阻尼孔都将会影响作用在阀芯上的电磁力，无论直驱式控制或先导式控制，稳定、迅速、准确的响应控制需求是电磁阀的目标。

2.13 电磁阀的抖动补偿

电磁阀的抖动补偿，也称dither补偿，会改善比例阀的可控性，减少摩擦和死区的影响。抖动的目的是通过使阀芯在平均位置附近摆动来消除摩擦的影响，为此，振荡力必须大于摩擦力，并且作用力的持续时间必须足以使阀芯运动打破静摩擦，该设计的存在也是精确、迅速控制离合器压力必不可少的部分。抖动补偿包含振幅和频率：振幅的大小将确定作用力的大小，若抖动过多，并且阀芯振荡超过死区的限制，则会导致泄漏过多；而频率将确定作用力的时间，当然频率也会影响相位滞后，从而影响施加的力幅度。由于实际调节离合器压力的元件有多个，且均有与理论设计存在差别的值，因此需要在标定工作中标定这类不确定值。

2.14 阻尼

阻尼是指先导阀或离合器压力控制滑阀的反馈油路中存在的节流孔。经过阻尼处理，有助于减小压力反馈调节时产生较大的振荡。相比2.13中施加的电磁阀抖动补偿，两者之间存在冲突。因此在设计离合器压力控制元件时，除了考虑电磁阀抖动补偿外，还需要调整阻尼。

2.15 油道过流结构

图5 阀体凹槽

图6 阀芯凹槽

图7 阀芯导流结构示意图

过流结构是指阀芯阀孔油道切换时的结构，该结构将影响控制油液在切换时流动的状态，若切换时产生较大的开合或封闭状态，则会导致控制的离合器压力波动较大，从而使得控制压力不稳定。解决该问题的办法一般有三种：第一种是在阀孔上做文章，将油压控制切换状态的阀孔油道壁面增加较小的凹槽，该凹槽如图5所示（仅作示意），形状多种多样，目的就是提前或滞后油压切换，该开口处于油路切换状态时，相当于产生阻尼效果，减小压力波动性；第二种是在阀芯上做文章，将油压控制切换状态的阀芯避免增加较小的凹槽，该凹槽如图6所示（仅作示意），形状、作用与阀孔壁面类似；第三种是将阀芯油路切换的位置设计为减少扰流的结构，如图7所示（仅作示意），油路切换时，该结构约束油液的流动，使得压力波动更小。

3 总结

本文对离合器压力控制元件控制压力的因素进行了概括性分析，对离合器压力控制元件的设计及具体问题的查找有一定帮助。本文共介绍了15种紧密的影响因素并对其重要程度进行评价，有些影响因素可根据设计进行规避或消除，有些影响因素需要根据重要程度进行权衡，但实际的离合器压力控制是多个元件共同配合达到的效果，因此还需要综合多个因素进行结构设计，来达到离合器压力稳定、快速、准确控制的目的。

Factors Affecting the Control Pressure of the Clutch Pressure Control Element in the Automatic Transmission

ZHU Jiaxing, WANG Kaifeng, WANG Rui

( Shaanxi Fast Gear Co., Ltd., Intelligent Transmission Research Institute, Shaanxi Xi’an 710077 )

The hydraulic control system in the automatic transmission is an important part of the automatic transmission, and the pressure control element is the key element that can control the clutch pressure quickly, accurately and stably. Analyzing the influencing factors of clutch pressure control from the perspective of the element or component design, it is possible to clearly understand the importance and characteristics of the influence of this part of the element on clutch pressure control. The overall summary of these factors not only helps engineers to more clearly balance the conflicts in the design process, but also helps engineers to accurately and quickly find problems in specific working conditions.

Automatic transmission; Hydraulic control; Clutch pressure control; Control valve

U463.212

A

1671-7988(2021)23-196-04

U463.212

A

1671-7988(2021)23-196-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.023.055

朱佳兴，就职于陕西法士特齿轮有限责任公司智能传动研究所。