基于能耗最低仿真优化双泵排量

彭帮亮,付杨成,黄光颖

（安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽 合肥 230601）

0 引言

当前自动变速箱的设计趋向于使用较低排量机械泵MOP，加上辅助电子泵EOP，以解决单泵在高发动机转速下过多的流量和能量损失问题。莫凡等提出了四种双泵系统方案，并通过仿真验证了MOP 提供低压冷却润滑油、EOP 提供高压控制油方案的有效性[1]。

苏俊元等通过减小内转子外径、增加内转子齿数等具体方案降低油泵排量，对比单泵，有效降低了油泵损失[2]。

该研究基于某搭载双泵（机械泵和电子泵）液压系统[3]DCT 的乘用车型展开仿真研究，从传动系统能量流的角度，利用参数扫描的方式分析双泵排量对其总能耗的变化规律，完成各双泵排量组合下的能耗排序，从而进一步确定能耗最低的排量组合，并在极限工况下验证上述组合的有效性。

1 双泵排量初始组合范围的确定

1.1 MOP 排量上下限的确定

MOP 排量需满足在发动机怠速下，换挡和离合器控制基本功能的压力和流量需求。基于期望主压力和流量控制逻辑，怠速下MOP 排量下限的确定依据为：

（1）主压力应至少在9 bar 以上。

（2）MOP 基础流量在4 L/min 以上。

在发动机怠速700 rpm、平均容积效率0.85 时，流量4 L/min 需要的MOP 排量约为6.7 ml/r，经仿真确认此排量可实现上述主压力要求。

MOP 排量上限以某搭载单MOP 液压系统DCT 的机械泵排量16.8 ml/r 计。

1.2 EOP 排量上下限的确定

NEDC 工况下，发动机平均转速约1 500 rpm，排量6.7 ml/r 的MOP 输出流量约8.54 L/min，考虑到离合器最大期望冷却流量为20 L/min，故EOP 约需补充11.56 L/min。

基于某EOP 的测试结果，其转速在1 500～2 500 rpm之间有较高的效率。为了囊括更多的排量范围，EOP 排量上限可按较低转速进行确定。即转速1 500 rpm 时，EOP 排量上限需求约为9 ml/r（容积效率按0.85 计）。

EOP 排量下限为0，模拟单泵液压系统。

综上，以整数的排量组合进行仿真，双泵初始排量组合范围如表1 所示。

表1 初始的双泵排量组合

2 双泵排量优化仿真结果

基于某搭载双泵液压系统[3]DCT 的乘用车型，搭建双泵排量优化仿真模型，如图1 所示。其中，MOP 向主油路供给流量，而EOP 直接并入离合器冷却支路中。液压系统的液压能由MOP 和EOP 提供，用于实现离合器冷却、齿轮润滑，以及离合器和挡位控制功能。根据需要，液压系统会将多余的液压油回流至油底壳。同时，液压油泄漏也予以考虑。

图1 双泵液压系统原理图

建立仿真模型时，冷却与润滑、回油及双泵等能耗与转速工况及流量强相关，需根据实际工况建模计算；而离合器和挡位控制的能耗，通过单次动作的流量及能耗乘以整个循环工况的换挡动作次数；泄漏产生的能耗，按平均泄漏量乘以总时间，进行简便计算。

2.1 WLTC 工况能量分配比例

在MOP 和EOP 排量11-3 ml/r 时，WLTC 工况下，评估液压系统范围内的各项能量分配比例情况，仿真结果如图2 所示。在实际计算双泵能耗时，MOP 考虑其机械和容积效率，EOP 考虑电机和泵体两部分的总成效率(合并至EOP 效率中)。双泵产生的液压能，按液压油流动路径向各模块进行分配。

图2 WLTC 能量分配比例（MOP-EOP：11-3 ml/r）

其中，COPCV 回油和MPSV 回油部分共占比15.29%，且由MOP 效率导致的能量损耗占比达30.63%。因此，有必要优化双泵的排量组合，降低能耗损失。

2.2 WLTC 工况双泵排量对总能耗的影响

仿真分析当单个泵排量发生变化时，双泵总能耗的变化趋势，如图3 和图4。

图3 WLTC 不同MOP 排量的双泵能耗曲线

图4 WLTC 不同EOP 排量的双泵能耗曲线

各MOP 排量下，较低能耗的EOP 排量结果如表2所示。

表2 WLTC 各MOP 排量下最低能耗组合

从上述结果可知，随着MOP 排量的增加，双泵总能耗显著增加，EOP 排量对总能耗的影响相对较小，故降低MOP 排量是双泵排量优化的主要方向。

当MOP 排量确定后，基于冷却流量需求，EOP 需求流量已确定，则工作在高效率区间的EOP 排量更具有优势。从上述结果中可以看到，当EOP 排量在3～5 ml/r时的双泵总能耗处于低谷，为EOP 排量的优选范围。

2.3 WLTC 工况双泵排量优化结果

图5 给出了WLTC 工况能耗最低双泵排量组合的分配比例。

图5 WLTC 能量分配比例（MOP-EOP：7～5 ml/r）

采用MOP 7 ml/r、EOP 5 ml/r 的双泵排量组合，其MPSV、COPCV 回油损失比例较图2 组合明显降低，在WLTC 工况下的能耗最低。

2.4 R 挡30%爬坡工况仿真验证

如图6 所示，给出了R 挡30%爬坡工况下，各双泵排量组合的能耗仿真结果。

图6 R 挡30%爬坡工况双泵排量能耗曲线

从上述结果中可以看到，MOP 排量仍是双泵能耗的主要影响因素。由于极限工况下冷却流量需求的增加，为了降低EOP 能耗，使EOP 工作在高效率的转速区间，相对于WLTC 工况的双泵排量组合，需要进一步提升EOP 的排量。

图7 给出了MOP 7 ml/r、EOP 5 ml/r 时R 挡30%爬坡工况下离合器温度仿真结果。

从图7 仿真结果中可以看到，在R 挡30%爬坡工况下，MOP 排量7 ml/r、EOP 排量5 ml/r 的内、外离合器钢片温度均低于350 ℃，满足钢片温度限值要求。

图7 R 挡30%爬坡离合器温度（MOP-EOP：7～5 ml/r）

3 结论

基于整车、HCU 和离合器温度模型的多系统联结仿真，以满足离合器期望冷却流量为要求，以内外离合器钢片温度低于限值温度为判断条件，以双泵能耗最低为目标，在WLTC 和R 挡30%爬坡工况下开展HCU 能耗的仿真工作。

通过对各排量组合仿真结果的对比分析，得出如下结论：

（1）双泵能耗中MOP 能耗占主要部分，故降低MOP 排量是双泵排量优化的主要方向。

（2）基于降低能耗的目的，在给定的EOP 流量请求下，可按照使EOP 主要工作在高效率转速区间的方式对EOP 排量范围进行选择。

（3）WLTC 工况，各MOP 排量下，EOP 排量均在3～5 ml/r 时的总能耗较低，是EOP 排量的优先选择范围。

（4）WLTC 工况下，双泵能耗最低的排量组合为：MOP 7 ml/r、EOP 5 ml/r。

（5）R 挡30%爬坡工况下，双泵能耗最低的排量组合为：MOP 7 ml/r、EOP 5 ml/r。

综上，在不考虑双泵制造难度及成本等软硬件限制的前提条件下，考虑到极限工况主要为安全性要求，且与WLTC 工况能耗最低排量组合的能耗相差在1.3%以内，故以能耗最低为目标的双泵排量优化结果为：MOP 7 ml/r、EOP 5 ml/r。