模拟Piezoelectric-Actuated液压泵设计在弗劳恩霍夫磅力和里卡多

液压泵的焦点往往汽车工程师试图减少能源损失。例如,从纯液压动力转向系统发展电动液压甚至纯电动系统更高效。工程师弗劳恩霍夫磅力和里卡多致力于将创新技术纳入液压泵来提高系统性能和效率。共同努力,我们开发了一种新型泵设计,利用压电致动器,提供一个显著减少能源损失和改善响应时间。仿真使我们能够验证设计满足规范。它还减少了50%的开发时间。

在汽车应用中,滑动液压泵主要被用于需要低流速和压力的应用程序(图1)。汽车控制系统,压力为20 - 200酒吧是必要的,这是远远高于泵产生的压力设计目前在连续生产。

创建一个设计生产汽车所需的压力控制系统,它是模拟整个系统的关键,包括泵、阀门、和致动器(图2)。我们不能仅仅依靠单独的模拟执行特定于域的工具,因为提高系统的效率,将多个物理域需要系统级优化。校准和验证模型的能力也是至关重要的,因为我们使用的模型范围从非常详细的有限元模型,以系统级。高级系统模型帮助我们保持运行时间尽可能短,使广泛的参数变化。使用基于模型的设计开发泵的输出压力使我们增加现有设计的10倍。

选择应用程序和泵结构

对于我们的新设计,我们选择了泵用于选择性催化还原(SCR)。SCR系统用于柴油机,严格的排放和燃油经济性需求激励有效的排放控制的发展。泵注入液体还原剂汽车尾气流,这促进了一氧化二氮转化为双原子氮(N₂)和水。AdBlue还原剂在我们的系统^®尿素溶液。我们的泵必须生成一个输出压力的50条交付一个高质量的改善混合喷雾。

使用SimHydraulics^®我们可以测试不同的泵结构来找到一个最可能使压电致动器开发所需的压力,同时保持其快速响应。来最小化成本,我们想要一个架构设计只使用一个泵,而不是需要一个额外的给水泵来实现所需的压力。测试SimHydraulics让我们改进泵规范通过确定的输入压力和弹簧刚度输入和输出气门弹簧。

在体系结构的选择,我们测试了各种组件的设计参数的灵敏度。我们确定泵的能力以满足规格深受夹盘弹簧的设计,形成泵的密封腔。SimHydraulics模拟是有助于确定弹簧设计要求(最小和最大弹簧刚度、几何和阀瓣刚度)。

将详细设计到系统级模型

有限元分析是有用的,当我们设计了弹簧夹盘。找到一个设计提供的最小弯曲体积,最大输送室体积,和最小刚度,我们使用一个由里卡多内部开发的工具。设计的实验方法被用来确定最优设计。我们把春天行为到SimHydraulics模型是否仍然总体系统设计要求会见了新弹簧夹盘。

止回阀的泵的性能至关重要。工程师在项目与这些类型的阀门的丰富经验,所以他们定制的标准SimHydraulics组件获得完全影响他们想捕捉在他们的模型中。仿真分析表明,泵的阀门需要的本征频率非常接近泵的工作频率,以避免与系统的固有频率的互动。

在设计的开始,团队利用理想的致动器模型,以确保所需的力保持压电致动器可以生产的范围内。接下来,我们介绍了仿真软件金宝app^®压电堆作动器的模型来验证执行机构的动态性能仍然会使泵满足系统级需求。放大器和电源都包括在模型中添加系统的电气部分的模拟。

比较系统级性能规范

工程师模拟整个系统仿真软件环境中(图3)。液压系统的复杂性,与多个阀门,流体压缩系数、磁滞,和多个金宝app流路径,是极难模式没有SimHydraulics提供的块。该团队使用MATLAB^®后处理仿真结果并确保设计满足系统要求。

仿真表明,我们需要调整命令信号,放大器配置文件来实现所需的压力。结果还表明,结构优化设计的夹盘弹簧遇到piezoelectric-actuated泵的压力要求。

我们在实际硬件验证我们的仿真结果。我们建造的第一个原型验证仿真结果和会见了泵规范。没有能力来模拟和验证系统的性能在一个环境,我们将不得不依靠单独的仿真工具和硬件原型。用了两倍的时间来创建设计,它将不可能增加泵的输出10倍,这种设计所需。

未来的发展

仿真是必不可少的发展项目在弗劳恩霍夫磅力和里卡多。与Simscape™和SimHydraulics,我们可以多畴的系统的优化设计。我们目前正在建造第二个原型piezoelectric-actuated泵基础上进一步细化设计,我们甚至希望看到在未来更好的性能。