高低溫對混合動力用自動變速器電子油泵性能的影響研究

王琦，方立輝，辛海霞，郝美剛，王建勛

高低溫對混合動力用自動變速器電子油泵性能的影響研究

王琦，方立輝，辛海霞，郝美剛，王建勛

（哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

文章介紹一種混合動力用自動變速器電子油泵在高低溫條件下的性能試驗情況，通過加裝溫度、電流、電壓等測試設備，分析電子泵在高溫及各個大負荷工況條件下，電子油泵本體及電子泵控制器的工作特性及數據表現。利用該方法測試了電子油泵在極限溫度情況下的工作狀態，并詳細地整理測試數據，從而驗證高低溫對電子油泵性能的影響。

混合動力；電子油泵；測試

引言

近年來，隨著車輛工業產品性能迅速增長，各大汽車廠商及科研院所都將混合動力汽車作為研究項目的重點，并在此領域做了大量研發工作。與傳統汽車相比，混合動力汽車增加了電機驅動系統，僅依靠機械油泵為自動變速箱提供油壓無法滿足車輛正常行駛，隨之電子油泵已成為混合動力用自動變速箱所必備[1]。

1 試驗對象與試驗裝置

本次試驗以我司一款混合動力對標車輛為基礎。該車輛采用非插電式P2架構混合動力驅動形式，動力總成為排量2.0 L的阿特金森循環發動機匹配集成ISG驅動電機的混動6AT變速箱。在轉鼓環境艙使用相關測試設備對車輛進行電子泵專項測試。

1.1 試驗對象

該車輛變速器電子油泵及油泵控制器采用分體式設計，電子油泵主要參數見表1。

表1 電子油泵主要參數

參數數值 PUMB泵體類型齒輪泵 能力6.25 ml/r MOTOR電刷類型三相直流 扭矩1.5 Nm 最大轉速4 000 rpm OPU電壓12 V 電流45 A

電子油泵布置在變速箱下面前端，電子泵控制器布置在左前輪翼子板下方，分體式電子泵及控制器有利于散熱，位置示意圖如圖1所示。

圖1 電子油泵及其控制器實車位置圖

1.2 試驗裝置

溫度測點：按照迎風側和背風側，在電子泵本體和電子泵控制器上，分別各自布置兩個熱電偶溫度傳感器，用于測試電子泵本體和電子泵控制器本體溫度；并在電子泵本體和電子泵控制器周邊分別各自布置一個熱電偶溫度傳感器，用于測試待測部件周邊環境溫度。

電流測點：在電子泵控制器的直流輸入端加裝RP1001C型號電流鉗。

電壓測點：電子泵控制器輸入端電壓。

測試裝置布置示意圖如圖2所示，電子油泵及其控制器測試裝置布置實物圖如圖3所示。

圖2 測試裝置布置示意圖

圖3 電子泵及控制器熱電偶傳感器布置實物圖

2 電子油泵控制策略

該車輛自動變速器的液壓油泵共有兩套，即傳統機械油泵和電子泵。系統油壓供給由AT液壓模塊完成，控制由TCU控制器具體實施，給OPU電子泵控制器信號驅動電子泵。電子泵的目標轉速由TCU控制器來決定，也就是說，電子泵控制策略放在TCU控制器里，而不是放在電子泵控制器里。

TCU控制器根據主油壓或扭矩需求來判斷油路供油需求，而后根據機械泵的轉速來判定是否需要電子泵工作，也同時判斷電子泵的目標轉速[2]。

電子泵介入工作有如下幾個主要工況：

2.1 車輛P/N/D擋待機工況

車輛keyon狀態下，電子泵不運轉，但電子泵控制器開始接收和發出信號，啟動車輛后，此時發動機轉速和驅動電機轉速為0，這個過程只有電子泵處于運轉狀態，迅速建立油壓，保證起動后馬上掛入D擋或R擋時能夠迅速結合擋位，電子泵目標轉速設定在2 600 rpm，持續時間1.5 s，隨后目標轉速降至420 rpm～480 rpm，而后根據電子泵建立油壓的特性，為了穩定油壓，再以20 rpm的步長上升至目標轉速，目標轉速一般在500 rpm左右。

2.2 車輛R擋待機工況

由于R擋油壓需求高，所以提高電子泵轉速，電子泵控制目標轉速在920 rpm左右。

2.3 車輛蠕車工況

低速蠕車過程中，電子泵轉速會根據驅動電機轉速的變化進行相應的調節，根據電子泵的工作能力及機械油泵低轉速的泵油能力來協調控制。

2.4 車輛D擋升擋工況

在power on升擋過程中，當換擋標志位置1時，且驅動電機轉速低于1 500 rpm時，電子泵會在換擋過程中將轉速提升至1 800 rpm，電子泵可以輔助機械油泵提供油壓來輔助換擋過程。

3 測試工況

先后調節轉鼓試驗艙的環境溫度、相對濕度至規定值：（35±2）℃和（?40±）2 ℃，測試車輛電子泵工作時相關電流、電子泵溫度及電子泵控制器溫度。根據車輛電子油泵控制策略，結合電子泵參與工作時機，按照如下工況進行測試，且各個工況前均使用高速工況，按照最高車速*90%運行50 min后，且需將ATF油溫提升至110 ℃以上，再進行其他工況測試。共進行5個工況測試：（1）高速工況；（2）待機工況；（3）蠕車工況；（4）順序升擋工況；（5）原地啟動停機工況，低溫條件只進行原地啟動待機工況[3]。

4 電子油泵測試情況

4.1 環境艙原地待機工況測試

4.1.1測試條件

（1）車輛原地ready待機（P/N/D/R擋位）；

（2）環境溫度35 ℃；

（3）ATF、OPU、EOP等溫度平衡后停止試驗。

4.1.2測試過程

測試曲線如下圖4所示。

圖4 原地待機工況測試曲線

4.1.3測試結果

在D擋及R擋條件下，達到油溫平衡，共待機2 h； P/N/D擋待機：EOP轉速600 rpm左右。

R擋待機：EOP轉速1 200 rpm左右；OPU直流輸入電壓始終14.3 V；OPU直流輸入電流在R擋待機工況時最大17 A。在此過程中，OPU溫度達到最高59 ℃。

4.2 高速工況+蠕車工況測試

4.2.1測試條件

（1）車速150 km/h進行高速工況跑行，ATF油溫113 ℃時進行蠕車工況測試，維持車速3 km/h～6 km/h；

（2）環境溫度35 ℃；

（3）ATF、OPU、EOP等溫度平衡后停止試驗。

4.2.2測試結果

高速150 km/h跑行30 min，各油溫穩定，ATF油溫113 ℃，開始蠕車工況測試，共進行40 min，油溫達到平衡。

蠕車工況：EOP與機械泵協調工作，EOP轉速1 000 rpm左右；OPU直流輸入電壓始終14.3 V；OPU直流輸入電流在蠕車工況開始電子泵介入時最大34 A，此時電子泵轉速3 400 rpm。

4.3 高速工況+順序升擋工況測試

4.3.1測試條件

（1）車速150 km/h進行高速工況跑行，ATF油溫113 ℃時進行D擋條件下順序升擋工況測試；

（2）環境溫度35 ℃；

（3）ATF、OPU、EOP溫度平衡后停止試驗。

4.3.2測試過程

測試曲線如下圖5所示。

圖5 高速工況+順序升擋工況測試曲線

4.3.3測試結果

高速150 km/h跑行10 min，各油溫穩定，ATF油溫113 ℃，開始順序升擋工況測試，共進行33 min，油溫達到平衡。

順序升擋工況：EOP與機械泵協調工作，機械泵能力不足、換擋瞬間EOP介入進行輔助，EOP轉速最大3 800 rpm；OPU直流輸入電壓始終14.3 V；OPU直流輸入電流在升擋或降擋瞬間達到最大40 A，此時電子泵轉速最大3 800 rpm，換擋過程結束后電子泵退出，EOP在順序升擋工況溫度達到最高88 ℃。

4.4 高速工況+啟動停機工況測試

4.4.1測試條件

（1）車速150 km/h進行高速工況跑行，ATF油溫113 ℃時進行原地頻繁READY車輛工況測試；

（2）環境溫度35 ℃；

（3）ATF、OPU、EOP等溫度平衡后停止試驗。

4.4.2測試結果

高速150 km/h跑行10 min，各油溫穩定，ATF油溫113 ℃，開始原地頻繁啟停車輛工況測試，共進行33 min，油溫達到平衡。

啟動停機工況：EOP轉速最大3 200 rpm；OPU直流輸入電壓始終14.3 V；OPU直流輸入電流在電子泵前兩次介入時最大40 A，持續2.2 s，之后電子泵介入平均電流30 A，持續1.5 s。

4.5 低溫啟動待機工況測試

4.5.1測試條件

（1）車輛原地ready待機（P擋位）；

（2）環境溫度?40 ℃；

（3）ATF油溫?34 ℃。

4.5.2測試過程

測試曲線如下圖6所示。

圖6 低溫啟動待機工況測試曲線

4.5.3測試結果

低溫條件下，車輛ready后，電子泵目標轉速2 600 rpm，運行1.5 s后，目標轉速降為700 rpm左右；前6 s，OPU的輸入電流13 A左右，最大電流14.5 A，EOP以實際轉速3 200 rpm左右運行6 s之后，OPU輸入電流降為2 A～6 A，EOP實際轉速600 rpm～1 300 rpm波動；發動機連續起動15 s后，起動成功，以1 500 rpm運行；OPU直流輸入電壓始終14.7 V。

4.6 電子油泵各工況測試結果

EOP在順序升擋工況溫度最高88 ℃；

OPU在待機工況溫度最高59 ℃；

EOP周邊溫度在順序升擋工況溫度最高76 ℃；

OPU周邊溫度在原地啟停工況溫度最高49 ℃；

順序升擋和原地啟停工況ATF油溫最高107 ℃；

在順序升擋和原地啟停工況中OPU的輸入電流最大40 A。

5 高低溫對性能影響

高溫測試過程中，電子泵運轉平穩，換擋平順，溫度油壓均在合理范圍；低溫起動測試過程中，電子泵轉速波動較大，且最大電流相對較低[4]。

電子泵的輸入功率為輸入電壓與輸入電流的乘積：

電子泵輸入功率=輸入電壓*輸入電流

電子泵的輸出功率為電子泵出口壓力與出口流量的乘積：

電子泵輸出功率=出口壓力*出口流量

電子泵輸出功率為輸入功率乘以損耗系數：

電子泵輸出功率=功率損耗系數*電子泵輸入功率

因此，得出：

出口壓力*出口流量=功率損耗系數*輸入電壓 * I輸入電流

瞬時的功率損耗系數幾乎不變，可認為定值，且輸入電壓=14.7 V，為常數，也可認為定值。設為比例系數，可得出：

出口壓力*出口流量=*輸入電流

因此，電子泵轉速穩定時，如果造成輸入電流偏低，原因主要有兩種：

（1）策略根據ATF油溫等相關參數輸入進行計算，主動限制電子泵出口油壓，出口壓力減小，導致輸入電流偏低。

（2）由于溫度過低ATF油流動性變差或其他原因，造成電子泵空轉，出口流量出口流量很小，導致輸入電流偏低。

6 結束語

本文針對混合動力用自動變速器電子油泵進行高低溫測試，高溫測試在環境溫度35 ℃，按照電子油泵高負荷介入的工況完成測試，電子油泵運轉平穩，耐高溫性能較強；低溫測試在環境溫度?40 ℃條件下浸車24 h后進行，電子泵在低溫條件下，考慮控制器或電子泵本體可靠性，且需滿足AT油壓建立的基本要求，對電子泵輸出功率進行限制。

[1] 張博,李君,楊世春,等. Plug-in混合動力汽車動力總成優化設計研究[J].汽車工程,2009(31):592-596.

[2] 何仁,劉凱,黃大星,等.發動機智能怠速停止起動系統控制策略的研究[J].汽車工程,2010,32(6):466-469.

[3] 余志生.汽車理論第四版[M].北京:機械工業出版社,2008.

[4] 王艾萌.新能源汽車新型電機的設計及弱磁控制[M].北京:機械工業出版社,2014.

Influence of High and Low Temperature on the Performance of Electronic Pump for Automatic Transmission of Hybrid Power System

WANG Qi, FANG Lihui, XIN Haixia, HAO Meigang, WANG Jianxun

（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd., Heilongjiang Harbin 150060）

This paper introduces the performance test of a hybrid electric pump under the condition of high temperature and low temperature. By adding the test equipment, such as temperature, current and voltage, the working characteristics and data performance of the electronic pump body and the electronic pump controller are analyzed under the conditions of high temperature and high load. This paper uses this method to test the working state of the electronic oil pump at the extreme temperature, and collate the test data in detail, so as to verify the effect of high and low temperature on the performance of the electronic oil pump.

Hybrid power;Electronic oil pump;Test

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.039

U463.212+.43

A

1671-7988(2021)21-149-04

U463.212+.43

A

1671-7988(2021)21-149-04

王琦（1990—），男，碩士研究生，工程師，就職于哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司技術中心，研究方向：新能源動力總成控制系統開發及標定。