混联式混合动力变速器液压系统控制策略设计

摘要：为了满足某新型混联式混合动力变速器在不同的整车行驶模式下对其液压系统工作状态的不同控制要求，基于该新型混联式混合动力变速器及其液压系统的结构，设计了液压系统工作状态和阀块工作状态的控制策略，通过建立Ｓｉｍｕｌｉｎｋ控制模型，并采用快速控制原型技术和整车转鼓试验对该控制策略的正确性和可靠性进行验证．试验结果表明该控制策略能够很好地匹配整车的行驶模式，满足变速器对其液压系统的控制要求．

关键词：车辆工程；混合动力变速器；液压系统；控制策略

中图分类号：U463文献标识码： A

一、混合动力变速器

图１为该混联式混合动力变速器的结构简图，图２为变速器中双行星排齿轮机构的等效杠杆图．如图１所示，该混合动力变速器集成了可同时用于驱动和发电的电机ＭＧ１和电机ＭＧ２，具有多自由度、输入输出灵活可控、结构紧凑、体积小、速比大等优点的双行星排齿轮机构，主减速器，差速器以及可用于冷却和控制制动器锁止的液压系统．如图２所示，该双行星排齿轮机构的行星架ＰＣ与发动机（Ｅｎｇｉｎｅ）相连，前行星排的太阳轮Ｓ１与电机ＭＧ１相连，后行星排的太阳轮Ｓ２与电机ＭＧ２相连，前行星排外齿圈Ｒ１通过与主减速器和差速器的连接将动力输出到驱动轮上（Ｏｕｔｐｕｔ）．此外，在变速器中还添加了可用于锁止行星架ＰＣ的制动器Ｂ１和锁止太阳轮Ｓ１的制动器Ｂ２．

该混合动力变速器通过液压系统控制制动器Ｂ１和制动器Ｂ２的锁止和打开以改变双行星排齿轮机构的工作模式，并通过合理分配发动机的能量，以及调节电机ＭＧ１和电机ＭＧ２的转速和扭矩以降低整车油耗和排放，可以形成由电机ＭＧ１单独驱动或电机ＭＧ２单独驱动或双电机联合驱动的制动器Ｂ１锁止时的纯电动行驶模式，以及由发动机和双电机共同参与的制动器Ｂ２打开时的低速混合动力行驶模式和制动器Ｂ２锁止时的高速混合动力行驶模式．

二、液压系统控制策略

（一）液压系统结构

图３为混合动力变速器的液压系统结构．该混合动力变速器的液压系统为采用了由电动油泵和与整车车速相关的机械油泵所共同组成的双液压源油泵系统．此外，该液压系统还包括主调压阀、溢流阀、调压电磁阀、开关电磁阀、旁通阀、散热器和油箱等

如图３所示，液压油经双油泵系统驱动后从主油路ｇ进入主调压阀，当主油路压力达到０．３ＭＰａ并克服主调压阀弹簧预紧力时，液压油进入冷却油路ｄ，并经散热器后对电机ＭＧ１、电机ＭＧ２和双行星排齿轮机构进行冷却和．设计旁通阀并联于散热器两端，可防止因液压源提供的液压油流量过大而导致的散热器油路内的压力上升对散热器造成的损坏．此外，设计压力反馈油路ｆ，当冷却油路ｄ的压力过大时，反馈油路压力将推动溢流阀阀芯，连通主油路ｇ与泄油油路ｓ，使主油路ｇ中过多的液压油经泄油油路ｓ返回到油箱内．当制动器Ｂ１或制动器Ｂ２有锁止需求时，需要主油路提供至少０．８ＭＰａ的压力用以锁止制动器．设计调压电磁阀和压力控制油路ｈ，调压电磁阀特性曲线如图４所示，当调压电磁阀的通电电流在０～１Ａ变化时，其可在压力控制油路ｈ 上产生０～０．８ＭＰａ的压力，将该压力传递到主调压阀的弹簧腔中，从而改变主油路的负载压力在０．３～１．１ＭＰａ变化．设计开关电磁阀，当开关电磁阀不通电时，压力控制油路ｈ默认与制动器Ｂ２的锁止油路连接，在主油路压力允许的情况下锁止制动器Ｂ２；当开关电磁阀通电时，阀芯移动，在通电电流达到１Ａ时，压力控制油路ｈ与制动器Ｂ１的锁止油路连接，在主油路压力允许的情况下锁止制动器Ｂ１．

液压系统根据当前整车的运行状态，通过控制电动油泵的转速以及调压电磁阀和开关电磁阀的通电电流，满足整车对液压系统流量和压力以及制动器Ｂ１和Ｂ２锁止状态的需求．

（二）液压系统状态控制

该混联式混合动力变速器的液压系统主要用于提供足够的液压油流量对电机ＭＧ１、电机ＭＧ２和双行星排齿轮机构进行必要的冷却和，以及根据整车运行状态的需求，提供足够的液压油压力锁止制动器Ｂ１或制动器Ｂ２，因此为满足变速器对液压系统的、冷却和建压需求，将液压系统的工作状态分为工作状态、冷却工作状态和建压工作状态，其中工作状态对流量的需求较小，而冷却工作状态和建压工作状态对流量的需求较大．对于变速器的需求，只要整车处于工作状态，液压系统就必须时刻保证足够的流量，若此时变速器没有冷却和建压需求，液压系统即进入工作状态；若此时变速器有冷却或建压需求，由于在冷却或建压需求下，液压系统提供的流量较大，因此可以满足变速器的需求．对于变速器的冷却需求，由于在整车运行时电机工作产生的发热量要比双行星排齿轮机构摩擦产生的发热量大得多，因此冷却需求由当前电机的温度和瞬时损耗功率决定，当电机温度过高或瞬时损耗功率过大时，液压系统即进入冷却工作状态．对于变速器的建压需求，只有当整车的运行状态对制动器Ｂ１或制动器Ｂ２有锁止需求时，液压系统才会进入建压工作状态．由于在变速器的冷却或建压需求下同时存在需求，而在变速器的建压需求下也可能同时存在冷却需求，因此根据变速器对液压系统不同的控制需求，液压系统存在同时进入２种或３种状态下工作的情况．当机械油泵所能提供的流量已经足够满足变速器的、冷却和建压需求时，电动油泵无需工作．机械油泵由变速器的主减速齿轮直接驱动，而电动油泵由调速电机驱动，两者转动所产生的流量通过各自转速乘以相同的流量齿数比ｚ 和泵油系数ｎ，以及与液压油油温相关的液压油粘联系数ｕ 得到，则有：Ｑｍｐ ＝Ｎｍｐ×ｚ×ｎ×ｕ， （１）Ｑｅｐ ＝Ｎｅｐ×ｚ×ｎ×ｕ， （２）式中：Ｑｍｐ为机械油泵产生流量，Ｎｍｐ为机械油泵转速，Ｑｅｐ为电动油泵产生流量，Ｎｅｐ为电动油泵转速．液压油油温与其粘联系数的关系如图５所示，不同粘联系数下机械油泵或电动油泵转动产生的流量如图６所示．

图６转速―流量曲线

在工作状态下，液压系统提供２Ｌ／ｍｉｎ的流量即可满足变速器的需求，若机械油泵运转在该状态下提供的流量达到２Ｌ／ｍｉｎ，则电动油泵无需工作，否则电动油泵参与工作补足剩余所需流量，并置电动油泵需求标志位为１．

图７冷却需求流量

在建压工作状态下，当制动器Ｂ１或制动器Ｂ２有锁止需求时，液压系统不仅需要主油路提供足够的锁止压力，还需要提供足够的锁止流量．对于制动器Ｂ１，只有在纯电动模式下运行时才会有锁止需求，如图８所示，其锁止时的需求流量与和输出轴相连的前行星排外齿圈需求扭矩以及液压油的粘联系数相关，当需求扭矩或液压油粘联系数较大时，制动器Ｂ１锁止时的需求流量也较大，该需求流量减去当前机械油泵所提供的流量，即为电动油泵建压需求流量，若电动油泵建压需求流量大于０，则置电动油泵建压需求标志位为１．对于制动器Ｂ２，只有在高速混合动力模式下运行时才会有锁止需求，此时整车车速较高，机械油泵的转速也较高，其所提供的流量已经完全可以满足制动器Ｂ２的锁止流量需求，因此无需电动油泵参与工作．此外，为了保证制动器锁止的可靠性，要求在制动器Ｂ１或制动器Ｂ２锁止时，液压系统至少提供４Ｌ／ｍｉｎ的流量．

图８建压需求流量

考虑到液压系统３个工作状态之间的相互关系，且为了便于对液压系统的状态控制，将变速器的冷却需求放入液压系统的建压和工作状态下考虑，如图９所示，将液压系统的工作状态细分为４个，分别是建压冷却状态、建压不冷却状态、冷却状态和不冷却状态，再在每个状态下根据电动油泵的、冷却和建压需求标志位判断电动油泵是否需要参与工作．首先根据整车的运行模式判断，若整车在纯电动模式或高速混合动力模式下运行，液压系统即进入建压工作状态，否则进入工作状态．在液压系统的建压或工作状态下，若此时变速器有冷却需求，则进入相应的建压冷却状态或冷却状态，否则进入建压不冷却状态或不冷却状态．此外，根据各个状态下相对应的电动油泵的需求标志位，判断电动油泵是否需要参与工作．当前液压系统对电动油泵的流量需求，除以流量齿数比ｚ、泵油系数ｎ 和液压油粘联系数ｕ 得到电动油泵提供所需流量所要达到的转速，ＥＣＵ通过ＣＡＮ总线将转速需求输出给电动油泵执行．在液压系统的冷却或建压冷却状态下，若此时需要电动油泵参与工作，取和冷却或建压和冷却需求流量的较大值作为电动油泵所需提供的流量，这样可以满足液压系统多种工作状态的流量需求．此外为了保证电动油泵处在高效的工作区间内运转，控制电动油泵工作时的转速在５００ｒ／ｍｉｎ以上．

参考文献

[1]朱茂桃,沈登峰,梁艳春,汪东坪,张彤. 混联式混合动力变速器液压系统控制策略设计[J]. 工程设计学报,2014,（05）.

[2]王伟达,项昌乐,刘辉,马越,韩立金. 混联式混合动力系统多能源综合控制策略[J]. 哈尔滨工业大学学报,2012,（01）.

[3]葛卫林. 混联式混合动力汽车动力总成控制系统研究与开发[D].南京林业大学,2012.