电磁阀的KPI的定义及其重要性

前言

自动变速箱通过离合器（CVT是带轮）的脱开和压紧，实现速比和传动比的切换，完成一次换挡过程。脱开和压紧动作一般由液压力来执行。众所周知，TCU（变速箱控制器）作为换挡过程的发起者，自身并不输出液压力。那谁来贯彻执行TCU的指令、控制液压这股洪荒之力呢？我们的主角电磁阀闪亮登场！

世界杯刚过，让小T蹭下热点，以足球举例。一支球队犹如一整套变速箱控制系统，任你布阵多么缜密、进攻策略多么华丽，最终还是要把球传到前锋脚下，由前锋完成射门的终极目标。因此要求前锋借传要稳、盘带要快、射门要准。当然在足球比赛中，中锋、后卫甚至守门员都可以去射门。但是在变速箱控制系统中，只有电磁阀能hold住液压之力，因此这个“门”也只有电磁阀能去“射”。电磁阀深知自己责任重大，给自己制定了很多KPI（关键性能指标）。下面我们就通过这些KPI，来了解电磁阀这个“前锋”需要具备哪些“素质”。

“你们对速度一无所知”

这是喵星人戏弄完眼镜蛇后，对人类甩下的一句嘲讽。诚然天下武功，唯快不破！在变速箱这种以毫秒为单位的控制系统中，电磁阀的响应快慢尤为重要。评价电磁阀”快”的KPI主要有两个：Phase Shift（响应相位差）和Kisspoint（离合器结合点响应时间）。

Phase Shift，这是一个反映系统输出与输入相位差的指标，翻译成普通话就是，我在你后面喊出你的名字，你过多久能回头。该指标主要受系统惯性、摩擦和阻尼影响，是电磁阀可控性较为综合的评价指标。电磁阀的输入是电流，输出是控制油液压力，如下图所示φmax和φmin之和即为该KPI值。

Kisspoint，这个物理过程比较复杂，有兴趣的同学可以阅读小T往期文章“没有最好，只有最适合——变速箱电磁阀方案”，来详细了解kisspoint的含义。这里我们就当它是油液充满控制对象容腔的最长时间。这个时间是换挡所需的最短时间，自然也是电磁阀动态性能的重要KPI。得到该KPI的方法简单粗暴，各种控制电流试一遍，充油响应时间最长的就是kisspoint响应时间的KPI值，如下图所示。

指哪打哪

“快”有了，下面我们谈“准”。作为一个比例电磁阀，给我多少电流就输出多少压力，这点节操还是有的。但是无奈工况复杂、环境多变，很多变量都会导致控制的实际值偏离目标值。因此有必要针对各个变量来制定精度的KPI，精度KPI体现了电磁阀抗外界干扰的鲁棒性。

输入压力敏感性

电磁阀不产生能量，电磁阀只是液压能量的搬运工。因此除了电流，电磁阀还有一个额外的输入，就是高压油液。输入压力的变化比率对应控制压力的变化比率即为输入压力敏感性的KPI。

温度敏感性

电磁阀的控制对象是液压油，液压油的密度、粘度和弹性模量都会随温度而变化。而恰巧整车变速箱就有可能在温差很大的工况下工作，去漠河和海南标定的同事们关于这点应该深有体会。液压油可谓是稠时粘如蜜，稀时滑如水，压力难控准。一定的温度变化导致的控制压力变化比率即为温度敏感性KPI。

零件尺寸公差

电磁阀是由很多机加工的零部件装配成的，零部件关键尺寸都有公差限制且很难做到完全一致。因此世界上没有两个电磁阀是完全一样的，不同的电磁阀的控制压力当然会有偏差。该KPI考察的就是批产零件公差导致实际性能的公差带大小，如下图所示。

“这波不要浪！”

做电磁阀试验最怕碰到下面图中的现象。其实它的响应很快，均值精度也不低，但它太“浪”了，“浪”到根本无法使用。这就是液压系统的历史难题——振荡。曾经有位德高望重的液压方向教授，在给我们同事做讲座时谈到：“液压系统的根本问题就是消振！”同事们重重地点头，感同身受。

因此有个Step Response（阶段响应）的KPI包含了电磁阀稳定性的考核。如下图所示dt5即为控制压力从目标的90％压力到稳定至目标压力±5％的波动范围内所需要的时间，指标越小越好。当系统发生振荡时，压力将不会保持在±5％的波动范围内，即dt5＝∞。

总结

以上简单介绍了几个电磁阀的KPI的定义及其重要性。当然，电磁阀还有很多KPI限于篇幅未在本文介绍。不以规矩，不成方圆，KPI就是我们度量产品好坏的标准。知道我们自己的水平，并量化差距，才是优化产品并做出好的设计的基础。