动力换挡变速器用比例电磁阀设计与性能分析

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电磁阀是动力换挡变速器换挡执行机构的核心部件,电磁阀能否按照TCU的指令快速开启或关闭直接决定动力换挡变速器的换挡品质。为提升电磁阀的响应速度,本文提出了一种由高驱动力密度动圈式电-机械转换器和双弹簧结构阀体组成的新型直动式比例电磁阀。通过数学建模、仿真计算和试验验证相结合的方法对直动式比例电磁阀开展研究,为提升换挡执行机构响应速度提供一定思路与理论基础。具体研究内容如下:(1)提出了一种新型直动式比例电磁阀。在对动力换挡变速器结构特征分析、换挡过程分析及换挡品质分析的基础上,得到了动力换挡变速器用电磁阀的设计要求。根据动力换挡变速器用电磁阀的设计要求提出了一种由高驱动力密度动圈式电-机械转换器和双弹簧结构阀体组成的直动式比例电磁阀,详细阐述了直动式比例电磁阀的结构特性及工作原理。详细阐述了阀用电-机械转换器的结构特征及工作原理,对电-机械转换器进行数学建模。(2)电-机械转换器特性分析与优化设计。建立了电-机械转换器电磁场分析模型,对其永磁体排列方案及线圈骨架方案进行对比分析,对电磁线圈和永磁体内外置方案进行对比分析。对电-机械转换器的输出力峰值和输出力工作行程内波动量进行多目标参数优化,确定其各部件的结构参数,完成了电-机械转换器样机试制。搭建了电-机械转换器静态性能测试台架,完成了电-机械转换器输出力特性测试。结果表明:当电-机械转换器输入电流为10A时,其输出力峰值为159.87N,整个工作行程内输出力波动量为4.63%;当电-机械转换器输入电流为12A时,其输出力峰值为189.93N,整个工作行程内输出力波动量为5.64%。仿真结果试验结果相互印证,电-机械转换器的输出力特性满足电磁阀直接驱动要求。(3)双弹簧结构阀体设计与参数优化。为适应动圈式电-机械转换器结构特性,电磁阀阀体采用双弹簧结构。本文详细阐述了双弹簧结构阀体的结构特征及工作原理,建立了电磁阀输出特性数学模型,搭建了电磁阀输出特性仿真模型,对电磁阀的输出特性进行仿真分析。选取时间乘电磁阀输出油压与预设定目标油压差值积分的ITAE准则为目标函数,应用遗传算法对电磁阀阀体结构的弹簧刚度、弹簧预紧行程、阀芯遮盖量及阀芯直径进行优化,通过优化最终确定电磁阀阀体弹簧刚度为2N/mm,弹簧预紧行程2mm,阀芯遮盖量1mm,阀芯直径15mm。完成高驱动力密度动圈式电-机械转换器和双弹簧结构阀体组成的新型直动式比例电磁阀样机试制。(4)直动式比例电磁阀输出特性仿真与试验对比分析。设计了直动式比例电磁阀试验过程中的控制器结构,并阐述了控制器的工作原理。分别搭建了直动式比例电磁阀性能试验台架和动力换挡过程试验台架;完成了电磁阀输出特性试验验证,完成了动力换挡过程模拟试验。结果表明:电磁阀开启时间为9ms,电磁阀建压时间需要69ms。动力换挡时间为113ms,电磁阀性能满足动力换挡变速器对电磁阀的要求。
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