王琦，方立輝，辛海霞，郝美剛，王建勛

高低溫對(duì)混合動(dòng)力用自動(dòng)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(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

文章介紹一種混合動(dòng)力用自動(dòng)變速器電子油泵在高低溫條件下的性能試驗(yàn)情況，通過(guò)加裝溫度、電流、電壓等測(cè)試設(shè)備，分析電子泵在高溫及各個(gè)大負(fù)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(shù)據(jù)表現(xiàn)。利用該方法測(cè)試了電子油泵在極限溫度情況下的工作狀態(tài)，并詳細(xì)地整理測(cè)試數(shù)據(jù)，從而驗(yàn)證高低溫對(duì)電子油泵性能的影響。

混合動(dòng)力；電子油泵；測(cè)試

引言

近年來(lái)，隨著車輛工業(yè)產(chǎn)品性能迅速增長(zhǎng)，各大汽車廠商及科研院所都將混合動(dòng)力汽車作為研究項(xiàng)目的重點(diǎn)，并在此領(lǐng)域做了大量研發(fā)工作。與傳統(tǒng)汽車相比，混合動(dòng)力汽車增加了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，僅依靠機(jī)械油泵為自動(dòng)變速箱提供油壓無(wú)法滿足車輛正常行駛，隨之電子油泵已成為混合動(dòng)力用自動(dòng)變速箱所必備[1]。

1 試驗(yàn)對(duì)象與試驗(yàn)裝置

本次試驗(yàn)以我司一款混合動(dòng)力對(duì)標(biāo)車輛為基礎(chǔ)。該車輛采用非插電式P2架構(gòu)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)形式，動(dòng)力總成為排量2.0 L的阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)匹配集成ISG驅(qū)動(dòng)電機(jī)的混動(dòng)6AT變速箱。在轉(zhuǎn)鼓環(huán)境艙使用相關(guān)測(cè)試設(shè)備對(duì)車輛進(jìn)行電子泵專項(xiàng)測(cè)試。

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

該車輛變速器電子油泵及油泵控制器采用分體式設(shè)計(jì)，電子油泵主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 電子油泵主要參數(shù)

參數(shù)數(shù)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(zhuǎn)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(shí)車位置圖

1.2 試驗(yàn)裝置

溫度測(cè)點(diǎn)：按照迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)，在電子泵本體和電子泵控制器上，分別各自布置兩個(gè)熱電偶溫度傳感器，用于測(cè)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(gè)熱電偶溫度傳感器，用于測(cè)試待測(cè)部件周邊環(huán)境溫度。

電流測(cè)點(diǎn)：在電子泵控制器的直流輸入端加裝RP1001C型號(hào)電流鉗。

電壓測(cè)點(diǎn)：電子泵控制器輸入端電壓。

測(cè)試裝置布置示意圖如圖2所示，電子油泵及其控制器測(cè)試裝置布置實(shí)物圖如圖3所示。

圖2 測(cè)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(shí)物圖

2 電子油泵控制策略

該車輛自動(dòng)變速器的液壓油泵共有兩套，即傳統(tǒng)機(jī)械油泵和電子泵。系統(tǒng)油壓供給由AT液壓模塊完成，控制由TCU控制器具體實(shí)施，給OPU電子泵控制器信號(hào)驅(qū)動(dòng)電子泵。電子泵的目標(biāo)轉(zhuǎn)速由TCU控制器來(lái)決定，也就是說(shuō)，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(jù)主油壓或扭矩需求來(lái)判斷油路供油需求，而后根據(jù)機(jī)械泵的轉(zhuǎn)速來(lái)判定是否需要電子泵工作，也同時(shí)判斷電子泵的目標(biāo)轉(zhuǎn)速[2]。

電子泵介入工作有如下幾個(gè)主要工況：

2.1 車輛P/N/D擋待機(jī)工況

車輛keyon狀態(tài)下，電子泵不運(yùn)轉(zhuǎn)，但電子泵控制器開(kāi)始接收和發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)車輛后，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為0，這個(gè)過(guò)程只有電子泵處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，迅速建立油壓，保證起動(dòng)后馬上掛入D擋或R擋時(shí)能夠迅速結(jié)合擋位，電子泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定在2 600 rpm，持續(xù)時(shí)間1.5 s，隨后目標(biāo)轉(zhuǎn)速降至420 rpm～480 rpm，而后根據(jù)電子泵建立油壓的特性，為了穩(wěn)定油壓，再以20 rpm的步長(zhǎng)上升至目標(biāo)轉(zhuǎn)速，目標(biāo)轉(zhuǎn)速一般在500 rpm左右。

2.2 車輛R擋待機(jī)工況

由于R擋油壓需求高，所以提高電子泵轉(zhuǎn)速，電子泵控制目標(biāo)轉(zhuǎn)速在920 rpm左右。

2.3 車輛蠕車工況

低速蠕車過(guò)程中，電子泵轉(zhuǎn)速會(huì)根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，根據(jù)電子泵的工作能力及機(jī)械油泵低轉(zhuǎn)速的泵油能力來(lái)協(xié)調(diào)控制。

2.4 車輛D擋升擋工況

在power on升擋過(guò)程中，當(dāng)換擋標(biāo)志位置1時(shí)，且驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于1 500 rpm時(shí)，電子泵會(huì)在換擋過(guò)程中將轉(zhuǎn)速提升至1 800 rpm，電子泵可以輔助機(jī)械油泵提供油壓來(lái)輔助換擋過(guò)程。

3 測(cè)試工況

先后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)艙的環(huán)境溫度、相對(duì)濕度至規(guī)定值：（35±2）℃和（?40±）2 ℃，測(cè)試車輛電子泵工作時(shí)相關(guān)電流、電子泵溫度及電子泵控制器溫度。根據(jù)車輛電子油泵控制策略，結(jié)合電子泵參與工作時(shí)機(jī)，按照如下工況進(jìn)行測(cè)試，且各個(gè)工況前均使用高速工況，按照最高車速*90%運(yùn)行50 min后，且需將ATF油溫提升至110 ℃以上，再進(jìn)行其他工況測(cè)試。共進(jìn)行5個(gè)工況測(cè)試：（1）高速工況；（2）待機(jī)工況；（3）蠕車工況；（4）順序升擋工況；（5）原地啟動(dòng)停機(jī)工況，低溫條件只進(jìn)行原地啟動(dòng)待機(jī)工況[3]。

4 電子油泵測(cè)試情況

4.1 環(huán)境艙原地待機(jī)工況測(cè)試

4.1.1測(cè)試條件

（1）車輛原地ready待機(jī)（P/N/D/R擋位）；

（2）環(huán)境溫度35 ℃；

（3）ATF、OPU、EOP等溫度平衡后停止試驗(yàn)。

4.1.2測(cè)試過(guò)程

測(cè)試曲線如下圖4所示。

圖4 原地待機(jī)工況測(cè)試曲線

4.1.3測(cè)試結(jié)果

在D擋及R擋條件下，達(dá)到油溫平衡，共待機(jī)2 h； P/N/D擋待機(jī)：EOP轉(zhuǎn)速600 rpm左右。

R擋待機(jī)：EOP轉(zhuǎn)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(jī)工況時(shí)最大17 A。在此過(guò)程中，OPU溫度達(dá)到最高59 ℃。

4.2 高速工況+蠕車工況測(cè)試

4.2.1測(cè)試條件

（1）車速150 km/h進(jìn)行高速工況跑行，ATF油溫113 ℃時(shí)進(jìn)行蠕車工況測(cè)試，維持車速3 km/h～6 km/h；

（2）環(huán)境溫度35 ℃；

（3）ATF、OPU、EOP等溫度平衡后停止試驗(yàn)。

4.2.2測(cè)試結(jié)果

高速150 km/h跑行30 min，各油溫穩(wěn)定，ATF油溫113 ℃，開(kāi)始蠕車工況測(cè)試，共進(jìn)行40 min，油溫達(dá)到平衡。

蠕車工況：EOP與機(jī)械泵協(xié)調(diào)工作，EOP轉(zhuǎn)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(kāi)始電子泵介入時(shí)最大34 A，此時(shí)電子泵轉(zhuǎn)速3 400 rpm。

4.3 高速工況+順序升擋工況測(cè)試

4.3.1測(cè)試條件

（1）車速150 km/h進(jìn)行高速工況跑行，ATF油溫113 ℃時(shí)進(jìn)行D擋條件下順序升擋工況測(cè)試；

（2）環(huán)境溫度35 ℃；

（3）ATF、OPU、EOP溫度平衡后停止試驗(yàn)。

4.3.2測(cè)試過(guò)程

測(cè)試曲線如下圖5所示。

圖5 高速工況+順序升擋工況測(cè)試曲線

4.3.3測(cè)試結(jié)果

高速150 km/h跑行10 min，各油溫穩(wěn)定，ATF油溫113 ℃，開(kāi)始順序升擋工況測(cè)試，共進(jìn)行33 min，油溫達(dá)到平衡。

順序升擋工況：EOP與機(jī)械泵協(xié)調(diào)工作，機(jī)械泵能力不足、換擋瞬間EOP介入進(jìn)行輔助，EOP轉(zhuǎn)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(dá)到最大40 A，此時(shí)電子泵轉(zhuǎn)速最大3 800 rpm，換擋過(guò)程結(jié)束后電子泵退出，EOP在順序升擋工況溫度達(dá)到最高88 ℃。

4.4 高速工況+啟動(dòng)停機(jī)工況測(cè)試

4.4.1測(cè)試條件

（1）車速150 km/h進(jìn)行高速工況跑行，ATF油溫113 ℃時(shí)進(jìn)行原地頻繁READY車輛工況測(cè)試；

（2）環(huán)境溫度35 ℃；

（3）ATF、OPU、EOP等溫度平衡后停止試驗(yàn)。

4.4.2測(cè)試結(jié)果

高速150 km/h跑行10 min，各油溫穩(wěn)定，ATF油溫113 ℃，開(kāi)始原地頻繁啟停車輛工況測(cè)試，共進(jìn)行33 min，油溫達(dá)到平衡。

啟動(dòng)停機(jī)工況：EOP轉(zhuǎn)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(shí)最大40 A，持續(xù)2.2 s，之后電子泵介入平均電流30 A，持續(xù)1.5 s。

4.5 低溫啟動(dòng)待機(jī)工況測(cè)試

4.5.1測(cè)試條件

（1）車輛原地ready待機(jī)（P擋位）；

（2）環(huán)境溫度?40 ℃；

（3）ATF油溫?34 ℃。

4.5.2測(cè)試過(guò)程

測(cè)試曲線如下圖6所示。

圖6 低溫啟動(dòng)待機(jī)工況測(cè)試曲線

4.5.3測(cè)試結(jié)果

低溫條件下，車輛ready后，電子泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速2 600 rpm，運(yùn)行1.5 s后，目標(biāo)轉(zhuǎn)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(shí)際轉(zhuǎn)速3 200 rpm左右運(yùn)行6 s之后，OPU輸入電流降為2 A～6 A，EOP實(shí)際轉(zhuǎn)速600 rpm～1 300 rpm波動(dòng)；發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)起動(dòng)15 s后，起動(dòng)成功，以1 500 rpm運(yùn)行；OPU直流輸入電壓始終14.7 V。

4.6 電子油泵各工況測(cè)試結(jié)果

EOP在順序升擋工況溫度最高88 ℃；

OPU在待機(jī)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(duì)性能影響

高溫測(cè)試過(guò)程中，電子泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，換擋平順，溫度油壓均在合理范圍；低溫起動(dòng)測(cè)試過(guò)程中，電子泵轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，且最大電流相對(duì)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(shù)：

電子泵輸出功率=功率損耗系數(shù)*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(shù)*輸入電壓 * I輸入電流

瞬時(shí)的功率損耗系數(shù)幾乎不變，可認(rèn)為定值，且輸入電壓=14.7 V，為常數(shù)，也可認(rèn)為定值。設(shè)為比例系數(shù)，可得出：

出口壓力*出口流量=*輸入電流

因此，電子泵轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)，如果造成輸入電流偏低，原因主要有兩種：

（1）策略根據(jù)ATF油溫等相關(guān)參數(shù)輸入進(jìn)行計(jì)算，主動(dòng)限制電子泵出口油壓，出口壓力減小，導(dǎo)致輸入電流偏低。

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

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)混合動(dòng)力用自動(dòng)變速器電子油泵進(jìn)行高低溫測(cè)試，高溫測(cè)試在環(huán)境溫度35 ℃，按照電子油泵高負(fù)荷介入的工況完成測(cè)試，電子油泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，耐高溫性能較強(qiáng)；低溫測(cè)試在環(huán)境溫度?40 ℃條件下浸車24 h后進(jìn)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(duì)電子泵輸出功率進(jìn)行限制。

[1] 張博,李君,楊世春,等. Plug-in混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].汽車工程,2009(31):592-596.

[2] 何仁,劉凱,黃大星,等.發(fā)動(dòng)機(jī)智能怠速停止起動(dòng)系統(tǒng)控制策略的研究[J].汽車工程,2010,32(6):466-469.

[3] 余志生.汽車?yán)碚摰谒陌鎇M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[4] 王艾萌.新能源汽車新型電機(jī)的設(shè)計(jì)及弱磁控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)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

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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(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，研究方向：新能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及標(biāo)定。