先导电磁阀在压力控制系统中的应用研究

温华明，杨士先，郑海兵

先导电磁阀在压力控制系统中的应用研究

温华明，杨士先，郑海兵

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

先导压力控制系统由先导电磁阀和机械滑阀组成，相比直驱控制系统具有通流能力大、成本低等优点，因此有较多的应用案例。但在控制精度、一致性方面较直驱系统仍存在一定差距。文章通过两种压力控制系统相关特性的直接对比，研究确认了先导方案在特定条件下具备替代直驱方案应用的可行性，为液压系统压力控制方案的设计提供了参考依据。

先导；电磁阀；机械阀；压力控制系统

引言

先导式压力控制方案为采用先导电磁阀+机械滑阀配合使用，实现压力的控制，其性能表现取决于两者的配合。在直驱电磁阀大量应用之前，先导控制方案在自动变速箱中大量应用，尤其是AT变速箱中。由于其泄漏量大、控制精度较差等特点，在不断追求高精度、高效率的液压系统技术发展中，应用逐渐较少。但在匹配应用得当的情况下，成本较低、通流能力强的优势也使其在压力控制系统中仍有很大的应用空间。

1 概述

1.1 工作原理

先导式压力控制方案为采用先导电磁阀+机械滑阀配合使用，实现压力的控制，其性能表现取决于两者的配合。而直驱阀则直接布置在压力控制油路中，输出特性取决于电磁阀的特性。

1.2 先导式电磁阀特点

先导式电磁阀是一种较常用及常见的电磁阀，这类阀功耗小，发热少，线圈不易烧毁，可以长时间通电，而且节能，所以被广泛使用[1]。先导电磁阀的压力控制范围一般较小，且通流能力小，因此需要配合机械阀实现更大的压力控制范围以及大流量控制需求。而直驱阀能够直接布置在控制油路中实现较大的流量控制。

图1 压力控制方案原理图

先导式电磁阀配合机械阀使用时，能够利用机械滑阀较大的通流面积提升系统的压力响应特性；但相比直驱阀控制，增加了机械阀的控制，也会导致匹配应用难度增加的问题。

表1 直驱电磁阀与先导电磁阀性能参数对比表

序号项目直驱阀先导阀 1外形尺寸较大较小 2控制精度较高稍差 3泄漏小稍大 4通流能力强差 5抗污染能力稍差强 6结构复杂性各零件精度较高相对简单 7匹配难度与单阀特性强相关需考虑与机械阀的配合 8成本较高较低

2 先导控制方案设计

在先导式控制方案下，先导电磁阀利用控制口输出压力控制机械阀芯的开闭，输出压力的大小，与阀芯开口大小及面积比密切相关。

如图2先导压力控制方案，先导压力作用在阀芯上，推动机械阀芯动作，机械阀处P口与A口连通，通过调节先导阀压力大小，可改变机械阀芯的位置，进而实现不同输出压力的控制，其平衡方程如下：

先导=F+弹簧+摩擦（1）

即

先导．1=P．(1−2)+．△+摩擦（2）

其中先导表示先导电磁阀的输出压力；1为先导压力作用面积；P为输出压力；2为机械阀小端面积；为弹簧刚度；Δ表示弹簧压缩量；摩擦为系统摩擦力，常忽略不计。

图2 先导式压力控制示意图

当S1与S2相同时，控制口输出压力与先导压力、弹簧力相关。实际应该过程，按照公式（2）可通过阀芯及弹簧的匹配设计进行最小压力控制设计，进而满足常高系统压力系统最小压力、常低系统开启压力的设置需求。

先导电磁阀的压力范围以及机械阀芯面积，决定了输出的最大压力。

3 先导控制应用特性

在双离合自动变速箱系统中，先导压力控制可用于系统压力控制，离合器压力控制以及换挡压力控制中，基于不同的系统针对不同的特性有不同的要求，比如离合器支路要保证较高的控制精度，系统压力调节支路满足系统流量分配需求等，本文主要针对基础压力特性、压力稳定性、压力响应特性的差异及应用影响进行研究。

3.1 基础压力特性

良好的压力线性度及较小的磁滞特性，在实际应用过程中更易于软件的控制实现较好的压力控制效果，达到压力精确控制的效果。理论上先导控制压力输出需要先导电磁阀接收到TCU提供电流进行响应输出先导压力后，再推动机械滑阀调节系统输出压力，磁滞相比直驱控制会存在一定的偏大现象。

图3 基础压力特性对比

根据实际对比测试，先导式控制方案达到与直驱控制相当的线性度，先导控制磁滞略大，但整体差异不大。在实际应用过程，可辅助dither参数予以适当调整。

3.2 压力稳定性

输出压力稳定性在双离合自动变速箱离合器压力控制系统中对整体驾驶性有较明显影响，尤其是在传扭点附件，压力的不稳定会导致整车在无法传扭（无响应），传扭过大（整车冲击）状态来回变化，严重影响驾驶品质。

在相同环境下，通过测试对比，先导控制压力特性相比直驱控制稳定性较差。

图4 压力稳定性对比结果

先导控制方案输出压力稳定性差与机械滑阀输入压力稳定性、先导电磁阀压力稳定性[2]、机械滑阀设计（notch口、均压槽、阀芯阀孔控制边）[3]、弹簧、蓄能器参数等均有密切相关性，最终压力稳定性控制到什么水平合适，需要基于系统需求目标，结合上述因素进行匹配后选出最合适的方案。

3.3 压力响应特性

基于相同的应用环境下，分别采用相同压力调节范围的先导压力控制方案和直驱控制方案进行测试对比，相同的目标压力下，先导控制方案响应特性明显快于直驱控制方案。其响应特性的快慢主要取决于通流面积。理论上，在相同的通流面积下，直驱控制响应特性会优于先导控制特性。但在实际应用中，直驱控制要达到比较高的通流面积就需要更大的空间、复杂的结构设计导致成本的上升，此时先导控制能够简单地通过调整机械滑阀直径提升响应特性的特点。

图5 响应特性对比结果

因此从压力响应特性角度上讲，两种压力控制方案没有绝对的快和慢，但先导控制方案能够通过更加经济的方式实现较快的响应特性。

3.4 压力一致性

直驱电磁阀各组件加工精度较高，装配完成后通过下线100%检测进行一致性管控。而先导控制方案下其输出压力影响因素更多，如先导电磁阀、机械阀控制边、阀芯直径、弹簧等均存在一定的散差，理论上相互叠加后会导致输出压力一致性偏差。

图6 压力一致性因素对比

通过专项研究，先导控制方案压力一致性差于直驱阀控制方案，且其主要影响因素在于机械滑阀弹簧、先导电磁阀。

若先导控制方案达到与直驱电磁阀一致性相当的水平，需要各组件有更高的加工精度，比如提高弹簧精度等级，必然又会导致成本的增加。为了解决该问题，在不改变零部件精度等级的情况下，一方面可以通过在总成装配过程对各组件进行选配实现更高的一致性，但也会带来一定的测量选配成本；另一方面可以尝试通过提升控制软件的鲁棒性使其能够覆盖控制压力的一致性偏差。

4 总结

针对压力控制系统，不管是先导压力控制还是直驱控制，在不同的应用环境下没有绝对的好坏，重点是如何基于需求选择出更适合当前系统的压力控制方案。整体来讲，在能够满足系统一般成本、性能需求的情况下，先导控制压力响应特性快、成本低的特点比较明显，而其控制精度稍差、一致性稍差、布置空间较大的特点也不可避免。在自动变速箱液压系统中，基于市场产品竞争压力的增加，对整体性价比有了更高的要求，先导控制方案的深入研究为在系统方案选择提供更多的选择，对于提升产品力也具有更大的意义。

[1] 李壮云,液压气动与液力工程手册(上册)[M].北京:电子工业出版社,2008.

[2] 吴立桃.先导式压力控制阀自激振动及其噪声研究[D].长沙:湖南科技大学,2011.

[3] DC.Hewitt and R.L.Leonard,Design of Valve Body and Governor Systems[J].SAE paper.1962.

Application Research on Pilot Solenoid in Pressure Control System

WEN Huaming, YANG Shixian, ZHENG Haibing

( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Pilot pressure control system is composed of pilot solenoid valve and mechanical valve, compared with the direct drive control system, with large flow capacity, low cost advantages, So there are many application cases. However, there are still some gaps in the control accuracy and consistency compared with the direct drive system. Through the direct comparison of the related characteristics of the two pressure control systems, this paper studies and confirms the feasibility of the pilot scheme to replace the direct drive scheme under specific conditions,which provides a reference for the design of the pressure control scheme of the hydraulic system.

Pilot; Solenoid valve; Mechanical Valve; Pressure control system

U463.212+.3

A

1671-7988(2021)20-114-03

U463.212+.3

A

1671-7988(2021)20-114-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.020.028

温华明（1990—），男，中级工程师，变速箱设计主管工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心变速箱研究院，研究方向为自动变速箱液压控制系统。