大功率液力机械自动变速器(AT)由于其在车辆操纵的方便性、乘坐的舒适性以及使用的可靠性等方面具有独特的优势,常用于各类大型工程车辆和装甲军用车辆上。换挡控制回路作为AT中必不可少的一部分,其性能对控制信号的响应速度,以及对换挡品质控制都具有非常重要的影响。本文以大功率AT作为研究对象,以提高换挡离合器油压响应速度为目标,首先对换挡回路进行动力学建模与分析,然后以提升换挡离合器油压响应速度为目标,通过仿真和优化求出换挡阀结构的最优参数,最后通过对不同换挡阀芯的对比分析,确定了更适用于该系统的阀芯类型,并通过试验研究验证了该改进方案的可行性,为后续换挡阀结构设计提供参考依据。主要研究内容如下:1.对大功率液力自动变速器中的液压换挡回路的动力学方程、流量方程和压力方程,并建立了基于液压换挡操纵系统的动力学方程和流量平衡方程的数学模型。基于换挡液压系统的数学模型,通过多学科仿真软件AMESim建立换挡液压系统的动力学模型。2.采用正交试验法和Design of experiment(DOE)分析,探究换挡阀中阀芯直径、阀杆直径、弹簧刚度、弹簧预紧行程、阀芯最大行程、反馈腔阻尼孔直径和先导控制腔长度等结构参数对离合器油压响应时间的影响规律,并利用遗传算法对主要结构参数进行优化设计,得到合理的换挡阀结构参数。3.为了尽可能减小换挡离合器充油过程中的响应迟滞时间,对无开口、全周阀口和U型阀口的换挡阀阀芯进行对比分析。利用流场计算软件FLUENT对各型换挡阀内的流场进行计算和分析,得出了各型阀口换挡阀在不同开度和不同压差下的等效流量系数和阀芯所受液动力变化情况,并据此对换挡液压系统动力学模型进行了修正,通过系统仿真求出各型阀口对系统油压响应的影响规律,并对仿真结果进行了试验验证,确定了U型阀口阀芯的离合器油压响应速度大于全周阀口阀芯大于无阀口阀芯。本研究结合仿真和试验的手段分析了无阀口、全周阀口和带有U型阀口的换挡阀阀芯结构对系统充油油压响应的差异,从结果可以看出:U型阀口换挡阀的离合器油压响应速度快,适合作为换挡离合器的换挡阀。