分体式电磁阀设计理论及方法分析

2022-11-30孔庆乐杨士先温华明黄光颖

汽车实用技术 2022年22期

孔庆乐，杨士先，温华明，黄光颖

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601）

分体式电磁阀是电磁驱动部分、液压执行部分（阀芯、弹簧等）相互独立的一种的电磁阀。针对选定的电磁头，需要单独设计阀芯、弹簧、阀套等多个零部件，与电磁头特性匹配，实现液压模块相关特性的控制。

随着液压技术的快速发展和成本压力的逼迫，目前国外许多变速箱厂商在自动变速器的液压模块上采用分体式电磁阀技术，目的就是使所有的电磁驱动头实现通用化，有效地降低液压模块的成本，从而降低变速箱总成的成本。根据现在行业的现状以及成本的压力需要开展分体式电磁阀的设计理论研究。

1 分体式电磁阀原理及参数计算

分体式电磁阀主要由阀芯、弹簧、电磁头以及阀体或者阀套组成。

1.1 分体式电磁阀的原理

分体式电磁阀初始状态电磁头电磁力克服弹簧安装力，使阀芯向左移动，使得压力口P与出口A相通，阀芯在高频开关状态下控制压力口压力，分体式电磁阀在弹簧力、反馈力（A口的面积差反馈）及电磁力的作用下达到平衡，控制输出压力的大小[1]。

分体式常低比例压力控制阀如图1所示。

图1 分体式常低比例压力控制阀结构图及特性曲线示意图

其中，Fs为弹簧力，Fm为电磁力，km为电磁比例系数，Ff为反馈力，Smin、Smax为阀芯大小直径面积。

从而可以得到分体式常低比例压力控制阀P-I特性曲线方程[1]：

1.2 分体式电磁阀的参数计算

以某款分体式常低比例压力控制阀设计为例，设计目标如表1所示。

表1 分体式电磁阀设计目标

分体式常低比例压力控制阀设计输入如表2所示。

表2 选用成熟产品电磁头电磁力单位：N

从式（3）得到电磁力：

其中，km为电磁比例系数。

电磁头的F-I特性曲线如图2所示，电磁头在电流400～1 200 mA，位移0.5～1.5 mm之间线性度非常好，所以设计分体式电磁阀让其工作区间落在电磁头线性度较好的区间，即电流400 mA～1 200 mA，位移0.5～1.5 mm；选取位移为1 mm的F-I曲线，选取（400, 5.345）、（1 200, 23.992），根据式（6）计算得电磁比例系数km约为0.02。

图2 电磁头F-I特性曲线图

根据设计要求和式（5）计算得到km/（Smax-Smin）=0.001 8，从而得到Smax-Smin=11.11。

根据电磁阀设计经验，电磁阀阀芯常用直径为7 mm，选取小端直径为7 mm，Smax-Smin=11.11，得到大端直径为7.95 mm。

为了使电磁阀在通电后能够迅速打开，一般要求弹簧初始安装要小于50 mA时的电磁力，查电磁力图表可得Fm=0.135 N@100 mA，另外为了保证在电磁阀工作时弹簧力变化较小，根据设计经验设置弹簧刚度为1 N/mm，初始安装力为0.1 N，分体式常低比例压力控制阀具体初始设计参数如表3所示[2]。

2 基于AMESim仿真优化

通过基于AMESim建立分体阀的液压仿真模型（如图3所示），对两种阀的P-I特性进行分析，在初始值下，分体阀的P-I特性与目标的P-I特性曲线差异较大。通过对弹簧安装力、阀芯直径等参数进行优化之后，使得分体式电磁阀在P-I特性、迟滞、Step等一系列特性方面达到目标要求[3-4]。优化曲线如图4所示。