ABS回油泵效率影响因素分析与研究

2014-12-02常立颖

黑龙江科学 2014年9期

关键词：机械效率油泵容积

常立颖，余海

（1.燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛 066004；2.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007）

目前国内对ABS性能的研究主要集中在增压特性，对油泵电机研究较少。本文通过理论分析与实验验证分析油泵电机效率的影响因素，并通过实验确定最大效率点下的电机转速，为电机PWM控制中电机目标转速的确定提供参考。

1 回油泵效率的影响因素

1.1 回油泵容积效率

其中qp-回油泵实际流量q

t-回油泵理论流量

由回油泵结构及工作原理可得，回油泵的流量为：

综合式（1）、（2）可以看出，泵的容积效率主要与泵的排量有关。由于泵的运动间隙，随着主缸压力的增加，泵的泄漏量增大，回油泵实际排量降低，容积效率减小。因此，回油泵容积效率影响因素为主缸压力。

1.2 回油泵机械效率

泵在工作中制动液和运动部件会产生摩擦力矩，进而产生功率损失，导致了泵的理论输出功率总会小于泵的实际输入功率，用泵的理论输出功率与实际输入功率的比值来表示泵的机械效率，即：

其中p-负载压力

TL-电机负载转矩

W-电机角速度

根据油泵电机功率平衡可知，电机输出功率始终等于回油泵输入功率，即：

经过整理，可以得出：

通过式（5）可以看出泵的机械效率与负载压力和电机负载转矩有关。由于测试系统不能直接采集到负载转矩，则考虑利用ABS电机建立电机转速与负载转矩的关系，用采集量来表示未知量。

由文献可知，ABS直流电机转速主要受电机电压和负载转矩的影响。因此固定供电电压，建立负载转矩与电机转速的对应关系，将负载转矩对回油泵机械效率的影响转换成分析电机转速对回油泵机械效率的影响。

1.3 回油泵总效率

液压泵总效率是指泵的实际输出功率与输入功率之比，它等于泵的容积效率与机械效率的乘积，即：

通过计算，分析总效率的影响因素，寻找最大效率点的电机转速，为电机PWM控制下电机目标转速的确定提供参考。

2 实验验证

选取油泵电机为测试对象，通过ABS性能台架调节测试系统主缸压力为2～18MPa，供电电压为9～16V分别进行单路和双路油泵电机测试，并用LabView软件采集电机电流、电机电压、泵油时间等相关实验数据。根据油泵电机实验数据与电机特性曲线计算分析，寻找泵效率的影响因素。

2.1 回油泵容积效率

分别进行不同主缸压力、不同主缸压力下的油泵电机测试。根据式（1）对数据整理分析，得到回油泵容积效率如图1所示。

图1 回油泵容积效率

通过图（1）可以看出，主缸压力相同，电机电压不同时，即主缸压力相同，电机转速不同时，回油泵容积效率基本不变。电机电压相同，主缸压力不同时，回油泵容积效率随主缸压力的升高而降低。从而说明了回油泵容积效率与电机转速无关，只与主缸压力有关，且随主缸压力的升高而降低。

2.2 回油泵机械效率

图2 回油泵负载转矩

图3 回油泵机械效率

设定电机供电电压为12V，分别进行不同主缸压力下的油泵电机单双路测试，得到主缸压力与负载转矩、机械效率的关系如图2、图3所示。

通过图2、图3可以看出，主缸压力相同时，单泵所产生的负载转矩始终小于双泵的负载转矩，因此单泵工作时电机转速高，相同时间内机械损耗大，机械效率低。主缸压力不同时，回油泵机械效率随主缸压力升高而增大。通过单双路油泵电机测试，证明了回油泵机械效率与主缸压力和电机转速有关，且随转速的增加而减小，随主缸压力的增加而增大。

2.3 回油泵总效率

以供电电压12V为例，根据式（6）计算单双泵的总效率，并绘制主缸压力与回油泵总效率关系曲线如图4所示。

图4 回油泵总效率

供电电压一定、主缸压力相同时，由于单泵工作时电机转速高，机械效率低，则单泵工作时回油泵总效率始终小于双泵工作时总效率。电机带动双泵工作时，回油泵容积效率随主缸压力升高而减小，回油泵机械效率随主缸压力升高而增大，随电机转速降低而增大，故回油泵总效率先增大后减小，且存在最大效率点。将回油泵总效率与电机转速的关系曲线绘制如图5所示。

图5 回油泵总效率与电机转速

由于目前ABS油泵电机大多采用开关控制，电机转速主要受负载影响。负载变化存在随机性，电机输出轴会受到具有随机性或冲击性的负载力，导致ABS正常工作时会产生很大的噪声。针对ABS工作噪声，若对电机采用PWM控制，通过改变电机供电电压占空比，使电机转速维持在一个稳定范围，在保证回油泵正常工作的前提下，降低ABS工作噪声。通过电机转速与回油泵总效率的关系曲线图5，电机转速3300r/min时回油泵效率最高。电机转速高于3300r/min时，回油泵效率逐渐升高，电机转速低于3300r/min时，回油泵效率逐渐减小，因此可以考虑在电机的PWM控制中将目标转速设置为3300r/min。