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主動(dòng)懸架的電動(dòng)泵——RAPA使懸架活躍起來

2020-04-16 23:54:37·  來源：多體動(dòng)力學(xué)與控制  
　
RAPA與戴姆勒公司之間的合作開發(fā)新型電動(dòng)主動(dòng)車身控制底盤（主動(dòng)懸架）的電動(dòng)機(jī)泵單元戴姆勒公司新開發(fā)的組件將首次在新型梅賽德斯-奔馳GLE中使用。Rausch＆Paus
RAPA與戴姆勒公司之間的合作開發(fā)新型電動(dòng)主動(dòng)車身控制底盤（主動(dòng)懸架）的電動(dòng)機(jī)泵單元
 
戴姆勒公司新開發(fā)的組件將首次在新型梅賽德斯-奔馳GLE中使用。Rausch＆Pausch為E-ACTIVE BODY CONTROL開發(fā)了獨(dú)特的電動(dòng)泵單元。
故事
自公司成立近100年來，Rausch＆Pausch GmbH以不斷發(fā)展和創(chuàng)新產(chǎn)品解決方案而聞名。特別是其在高科技領(lǐng)域的戰(zhàn)略眼光，以及其靈活創(chuàng)新的開發(fā)服務(wù)提供商的聲譽(yù)，使來自上弗蘭肯行政區(qū)的家族企業(yè)成為汽車，醫(yī)療和工業(yè)領(lǐng)域備受推崇的技術(shù)合作伙伴和隱形冠軍。
自1980年代以來，RAPA進(jìn)入了汽車供應(yīng)商的世界，并與戴姆勒股份公司緊密聯(lián)系。對于RAPA來說，這種非常重要的伙伴關(guān)系在主動(dòng)底盤控制系統(tǒng)領(lǐng)域已經(jīng)存在20多年了，自2005年以來，所謂的ABC©（主動(dòng)車身控制）一直是該公司豪華車的重要組成部分。這是基于高度復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，不幸的是，該液壓系統(tǒng)對未來的創(chuàng)新僅具有有限的用途，尤其是因?yàn)樗蕾囉趦?nèi)燃機(jī)。需要一種全新的解決方案，該解決方案必須滿足關(guān)鍵要求，例如密封，緊湊，具有四象限功能的單元，高整體效率，動(dòng)態(tài)體積流量控制，48 V工作電壓，集成電子器件和最佳NVH性能。
經(jīng)過六年的發(fā)展，其結(jié)果是在新型梅賽德斯-奔馳SUV GLE中為電動(dòng)泵體（MPE）集成了電子控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是RAPA公司歷史上的重要里程碑。
主動(dòng)車身控制是已建立的ABC©系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。借助于立體攝像機(jī)記錄道路表面，并創(chuàng)建相應(yīng)的控制算法，該算法允許在任何行駛情況下將乘客艙保持水平和水平。四個(gè)角模型，由電動(dòng)泵體和主動(dòng)支柱組成，減震器用作動(dòng)器。側(cè)傾和俯仰運(yùn)動(dòng)得到補(bǔ)償。除此之外，行駛水平高度可以改變，例如降低以在高速公路上行駛或在崎嶇的地形上升高。
該系統(tǒng)的電動(dòng)泵單元是RAPA產(chǎn)品，由三個(gè)主要組件組成：內(nèi)齒輪液壓泵，作為電動(dòng)機(jī)的永久勵(lì)磁同步電機(jī)和48V控制設(shè)備，包括Silver Atena公司的硬件和軟件。
已實(shí)現(xiàn)的駕駛舒適性以及諸如操控模式或彎道功能等附加功能，這意味著這對于最終客戶而言是切實(shí)且非常有益的改進(jìn)。對于RAPA而言，鑒于系統(tǒng)的復(fù)雜性，電動(dòng)泵單元的成功開發(fā)無異于近一百年來公司歷史上的最大挑戰(zhàn)。。
電動(dòng)車身控制–世界上最智能的機(jī)箱
“在新的GLE中，梅賽德斯-奔馳引入了E-ACTIVE BODY CONTROL，這是從零開始開發(fā)的底盤系統(tǒng)。它提供了高度的駕駛舒適性，駕駛動(dòng)力和越野特性。” （©戴姆勒公司）
 
電動(dòng)泵單元
該系統(tǒng)的電動(dòng)泵單元是RAPA產(chǎn)品，由三個(gè)主要組件組成：內(nèi)齒輪液壓泵，作為電動(dòng)機(jī)的永久勵(lì)磁同步電機(jī)和48 V控制設(shè)備，包括Silver Atena公司的硬件和軟件。
 
機(jī)械泵體
內(nèi)嚙合齒輪機(jī)在位移原理上受到青睞。特別是，使用具有泄漏補(bǔ)償功能的四象限版本。泄漏補(bǔ)償通過壓力激活的內(nèi)部密封分裝填料徑向密封，還通過在齒輪箱上滑動(dòng)的后密封壓力板軸向密封。這種設(shè)計(jì)意味著該機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)高容積效率。因此，可以產(chǎn)生良好的響應(yīng)能力，尤其是在機(jī)器引擎圖的原點(diǎn)周圍交替運(yùn)行時(shí)。在該區(qū)域，機(jī)器的容積效率幾乎為100％。高效率是必要的，因?yàn)樾枰苊庵鲃?dòng)冷卻。
除了具有四象限功能和極高的容積效率外，所選的排量原理還可以實(shí)現(xiàn)非常緊湊的設(shè)計(jì)，并為置換器和電動(dòng)機(jī)之間的高度設(shè)計(jì)集成提供了良好的可能性。
電機(jī)
關(guān)于電機(jī)，經(jīng)過深入的概念研究，決定使用永磁同步電機(jī)。該機(jī)器為帶縫隙管的濕式流道形式。這對電機(jī)的發(fā)展提出了特殊的挑戰(zhàn)，例如一方面要實(shí)現(xiàn)高效率，另一方面要在至少150 bar的所有運(yùn)行條件下實(shí)現(xiàn)。為了使機(jī)器盡可能高效地運(yùn)行，需要無渦流的縫隙管，為此，RAPA開發(fā)了一種薄壁塑料部件。在機(jī)器的磁性相關(guān)區(qū)域，可以將縫隙管的壁厚減小到十分之幾毫米。盡管由于磁性原因需要薄壁，但該管還是耐壓的。經(jīng)過大量的結(jié)構(gòu)-機(jī)械模擬，RAPA開發(fā)了一種現(xiàn)已獲得專利的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)在受壓時(shí)可將其自身支撐在定子齒上并自動(dòng)支撐。
轉(zhuǎn)子采用經(jīng)典輻條布局設(shè)計(jì)。集成在轉(zhuǎn)子葉片組件中的永磁體通過塑料封裝固定，該封裝直接集成在組件流中。通過前端開口的密封也可用于轉(zhuǎn)子的平衡，轉(zhuǎn)子也直接布置在裝配線上。定子包括一個(gè)帶有單齒線軸的定子星形，該單齒線軸安裝在頂部并電氣互連；一個(gè)推環(huán)徑向覆蓋該線軸。在將定子組裝到殼體中之后，將組件用2組分澆注料在真空下密封。
電子控制
與外部合作伙伴Silver Atena合作開發(fā)了集成在電動(dòng)泵體中的電子單元。裝配好的，預(yù)先組裝并經(jīng)過預(yù)測試的ECU機(jī)械連接并電氣連接到RAPA裝配線中的電動(dòng)機(jī)外殼。該單元由性能電路板和信號電路板組成。兩個(gè)電路板均為堆疊形式，在兩個(gè)電路板之間具有用于安裝中間電路電容器，輸入節(jié)流閥和其他組件的組件。
轉(zhuǎn)子位置傳感器記錄轉(zhuǎn)子狀態(tài)。由于電動(dòng)泵體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子位置傳感器直接放置在電機(jī)外殼基座的前部，因此直接放置在ECU下方。使用霍爾效應(yīng)傳感器的傳感器原理。傳感器所需的磁場取決于轉(zhuǎn)子的位置，該磁場由軸的電子裝置端上的永磁體提供。車輛的電氣接口包括與電源的48 V連接以及用于通信的CAN連接。
電子設(shè)備為CAN連接上的MPE提供了大量參數(shù)變量。除了典型的參數(shù)（例如轉(zhuǎn)速，溫度，輸入電壓和電流消耗）外，集成在液壓機(jī)中的兩個(gè)壓力傳感器還提供了CAN總線上MPE的兩個(gè)液壓連接的當(dāng)前工作壓力。電力電子設(shè)備對于電動(dòng)車身控制的整體性能具有重要意義，特別是由于基于系統(tǒng)的高安全要求（ASIL C級）。
 
緊湊的布局
安裝空間要求必須對電動(dòng)泵單元進(jìn)行高度集成的設(shè)計(jì)。由于這個(gè)原因，液壓位移機(jī)和電機(jī)彼此一體地構(gòu)建，并通過單個(gè)軸連接。貫通軸的概念使得僅三個(gè)軸承位置的設(shè)計(jì)成為可能，中間齒輪位置和電機(jī)均使用中間位置。所選擇的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有濕轉(zhuǎn)子，并且在液壓和電機(jī)之間具有很高的集成度，因此大氣只需要靜態(tài)密封即可。這意味著系統(tǒng)的堅(jiān)固性。并且還可以完全避免密封引起的摩擦，從而避免軸的損壞。根據(jù)車輛的安裝空間要求，各種支架設(shè)計(jì)意味著電動(dòng)泵體既可以安裝為單獨(dú)的電動(dòng)泵體，也可以安裝為完整的電動(dòng)泵體輪軸組。
 
測試
電動(dòng)泵體的測試對RAPA驗(yàn)證也提出了全新的挑戰(zhàn)：在早期階段，為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，建造并投入運(yùn)行的復(fù)雜功能測試臺(tái)。除此之外，還需要為復(fù)雜的測試程序計(jì)劃和構(gòu)建各種測試臺(tái)，每個(gè)檢查循環(huán)總共需要八個(gè)月。
由于該設(shè)備也將用于電動(dòng)模式，因此電動(dòng)泵體產(chǎn)生的噪聲對新產(chǎn)品的批量生產(chǎn)適用性構(gòu)成了極大的挑戰(zhàn)。在針對RAPA噪聲測量室進(jìn)行模擬技術(shù)測試的密集優(yōu)化循環(huán)以及對客戶車輛的伴隨評估之后，實(shí)現(xiàn)了所需的改進(jìn)。在此過程中，在優(yōu)化循環(huán)中，對液壓機(jī)中許多與噪聲相關(guān)的細(xì)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化。壓力脈動(dòng)的最小化起著重要的作用。
參考文獻(xiàn):
RAPR官網(wǎng)：https://www.rapa.com/
多體動(dòng)力學(xué)與控制是吉林大學(xué)汽車仿真與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王楊博士建立的專業(yè)多體動(dòng)力學(xué)微信號，專注于分享、普及多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、柔性多體動(dòng)力學(xué)，汽車多體動(dòng)力學(xué)、汽車底盤動(dòng)力學(xué)與控制等前沿信息。
 
 
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