ABS回油泵效率影響因素分析與研究

常立穎 ，余 海

（1.燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2.上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545007）

目前國(guó)內(nèi)對(duì)ABS性能的研究主要集中在增壓特性，對(duì)油泵電機(jī)研究較少。本文通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析油泵電機(jī)效率的影響因素，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最大效率點(diǎn)下的電機(jī)轉(zhuǎn)速，為電機(jī)PWM控制中電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的確定提供參考。

1 回油泵效率的影響因素

1.1 回油泵容積效率

其中qp-回油泵實(shí)際流量q

t-回油泵理論流量

由回油泵結(jié)構(gòu)及工作原理可得，回油泵的流量為：

綜合式（1）、（2）可以看出，泵的容積效率主要與泵的排量有關(guān)。由于泵的運(yùn)動(dòng)間隙，隨著主缸壓力的增加，泵的泄漏量增大，回油泵實(shí)際排量降低，容積效率減小。因此，回油泵容積效率影響因素為主缸壓力。

1.2 回油泵機(jī)械效率

泵在工作中制動(dòng)液和運(yùn)動(dòng)部件會(huì)產(chǎn)生摩擦力矩，進(jìn)而產(chǎn)生功率損失，導(dǎo)致了泵的理論輸出功率總會(huì)小于泵的實(shí)際輸入功率，用泵的理論輸出功率與實(shí)際輸入功率的比值來(lái)表示泵的機(jī)械效率 ，即：

其中p-負(fù)載壓力

TL-電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩

W-電機(jī)角速度

根據(jù)油泵電機(jī)功率平衡可知，電機(jī)輸出功率始終等于回油泵輸入功率，即：

經(jīng)過(guò)整理，可以得出：

通過(guò)式（5）可以看出泵的機(jī)械效率與負(fù)載壓力和電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩有關(guān)。由于測(cè)試系統(tǒng)不能直接采集到負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則考慮利用ABS電機(jī)建立電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，用采集量來(lái)表示未知量。

由文獻(xiàn)可知，ABS直流電機(jī)轉(zhuǎn)速主要受電機(jī)電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的影響。因此固定供電電壓，建立負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)回油泵機(jī)械效率的影響轉(zhuǎn)換成分析電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)回油泵機(jī)械效率的影響。

1.3 回油泵總效率

液壓泵總效率是指泵的實(shí)際輸出功率與輸入功率之比，它等于泵的容積效率與機(jī)械效率的乘積，即：

通過(guò)計(jì)算，分析總效率的影響因素，尋找最大效率點(diǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，為電機(jī)PWM控制下電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的確定提供參考。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

選取油泵電機(jī)為測(cè)試對(duì)象，通過(guò)ABS性能臺(tái)架調(diào)節(jié)測(cè)試系統(tǒng)主缸壓力為2～18MPa，供電電壓為9～16V分別進(jìn)行單路和雙路油泵電機(jī)測(cè)試，并用LabView軟件采集電機(jī)電流、電機(jī)電壓、泵油時(shí)間等相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)油泵電機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與電機(jī)特性曲線計(jì)算分析，尋找泵效率的影響因素。

2.1 回油泵容積效率

分別進(jìn)行不同主缸壓力、不同主缸壓力下的油泵電機(jī)測(cè)試。根據(jù)式（1）對(duì)數(shù)據(jù)整理分析，得到回油泵容積效率如圖1所示。

圖1 回油泵容積效率

通過(guò)圖（1）可以看出，主缸壓力相同，電機(jī)電壓不同時(shí)，即主缸壓力相同，電機(jī)轉(zhuǎn)速不同時(shí)，回油泵容積效率基本不變。電機(jī)電壓相同，主缸壓力不同時(shí)，回油泵容積效率隨主缸壓力的升高而降低。從而說(shuō)明了回油泵容積效率與電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，只與主缸壓力有關(guān)，且隨主缸壓力的升高而降低。

2.2 回油泵機(jī)械效率

圖2 回油泵負(fù)載轉(zhuǎn)矩

圖3 回油泵機(jī)械效率

設(shè)定電機(jī)供電電壓為12V，分別進(jìn)行不同主缸壓力下的油泵電機(jī)單雙路測(cè)試，得到主缸壓力與負(fù)載轉(zhuǎn)矩、機(jī)械效率的關(guān)系如圖2、圖3所示。

通過(guò)圖2、圖3可以看出，主缸壓力相同時(shí)，單泵所產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩始終小于雙泵的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因此單泵工作時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，相同時(shí)間內(nèi)機(jī)械損耗大，機(jī)械效率低。主缸壓力不同時(shí)，回油泵機(jī)械效率隨主缸壓力升高而增大。通過(guò)單雙路油泵電機(jī)測(cè)試，證明了回油泵機(jī)械效率與主缸壓力和電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，且隨轉(zhuǎn)速的增加而減小，隨主缸壓力的增加而增大。

2.3 回油泵總效率

以供電電壓12V為例，根據(jù)式（6）計(jì)算單雙泵的總效率，并繪制主缸壓力與回油泵總效率關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4 回油泵總效率

供電電壓一定、主缸壓力相同時(shí)，由于單泵工作時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，機(jī)械效率低，則單泵工作時(shí)回油泵總效率始終小于雙泵工作時(shí)總效率。電機(jī)帶動(dòng)雙泵工作時(shí)，回油泵容積效率隨主缸壓力升高而減小，回油泵機(jī)械效率隨主缸壓力升高而增大，隨電機(jī)轉(zhuǎn)速降低而增大，故回油泵總效率先增大后減小，且存在最大效率點(diǎn)。將回油泵總效率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線繪制如圖5所示。

圖5 回油泵總效率與電機(jī)轉(zhuǎn)速

由于目前ABS油泵電機(jī)大多采用開(kāi)關(guān)控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速主要受負(fù)載影響。負(fù)載變化存在隨機(jī)性，電機(jī)輸出軸會(huì)受到具有隨機(jī)性或沖擊性的負(fù)載力，導(dǎo)致ABS正常工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲。針對(duì)ABS工作噪聲，若對(duì)電機(jī)采用PWM控制，通過(guò)改變電機(jī)供電電壓占空比，使電機(jī)轉(zhuǎn)速維持在一個(gè)穩(wěn)定范圍，在保證回油泵正常工作的前提下，降低ABS工作噪聲。通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速與回油泵總效率的關(guān)系曲線圖5，電機(jī)轉(zhuǎn)速3300r/min時(shí)回油泵效率最高。電機(jī)轉(zhuǎn)速高于3300r/min時(shí)，回油泵效率逐漸升高，電機(jī)轉(zhuǎn)速低于3300r/min時(shí)，回油泵效率逐漸減小，因此可以考慮在電機(jī)的PWM控制中將目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)置為3300r/min。

3 結(jié)論

上述分析和數(shù)據(jù)表明：主缸壓力與電機(jī)轉(zhuǎn)速是影響回油泵容積效率、機(jī)械效率以及總效率的關(guān)鍵因素。而最大效率點(diǎn)是電機(jī)性能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵輸入?yún)?shù)，是實(shí)現(xiàn)ABS電機(jī)轉(zhuǎn)速優(yōu)化控制的重要依據(jù)。

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