[01594411]混动式气冷液一体泵总成的开发与应用

1、课题来源与背景：随着世界汽车拥有量的迅速増加和新能源车辆的发展，新能源车辆的制动、转向、冷却水循环等系统也在不断改进与完善。 针对现有技术中电机引起的故障多、采用电机作为动力源时结构复杂的缺点，提供一种液力驱动混动式气冷液一体泵的解决方案。该产品可有效解决新能源车辆采用电能作为驱动气制动、液力转向助力、冷却循环的动力源系统所存在的可能由于电气故障造成气制动、液力转向助力和冷却循环无法运转，进而危及行车安全的潜在风险，实现新能源车辆在突发断电时制动、转向的正常运转。公司受湖南中车时代委托，决定立项开发一款混动式气冷液一体泵总成。2019年12月29日，该款新能源车制动、转向、冷却集成泵系统总成(3509B0101001)项目获浙江省科技厅列入2018年第三批省级新产品试制计划(项目编号：2018D60SA949624)。 2、研究目的与意义：混动式气冷液一体泵总成(3509B0101001)全称新能源车制动、转向、冷却集成惯能三合一系统。该产品用于给新能源车辆提供气制动系统气源、助力转向系统液压动力源、冷却系统的多功能模块设计机组，其高安全性设计让车辆在断电的情况下，只要车辆在运行中，仍然可以保证车辆刹车系统气源、车辆冷却系统、车辆助力转向系统正常功能，现有纯电动在断电情况下，刹车系统气源、车辆冷却系统、车辆助力转向系统失效；其节能设计，使车辆在运行中，由主泵提供动力源，而主泵动力源来源于车辆惯性力，无需损耗车辆电池电源，特别适于用郊区、高速工况，此工况下车辆刹车系统、冷却系统、助力转向系统基本无需车辆电池损耗，也省去了助力转向泵空载功耗；纯机械、高寿命设计无电机，无需担心电气三年就老化影响寿命问题，可实现免维护设计；水泵、空压机、助力转向泵、马达模块化设计高度集成，占用空间小，重量轻，成本低；采取宽工况设计，实现无极调速，通过控制转速，保证机组高效率低能耗、低噪音、低振动运行。 3、主要论点与论据： (一)实现车辆惯性势能高效、高安全回收节能设计，车辆在运行中，由主泵提供动力源，而主泵动力源来源于车辆惯性力，无需损耗车辆电池电源，特别适于用郊区、高速工况，此工况下车辆刹车系统、冷却系统、助力转向系统基本无需车辆电池损耗，也省去了助力转向泵空载功耗。通过与车辆的传动系直接机械藕合来带动系统的液压主泵工作，只要车辆在运行，就能一直通过该机械藕合传递动力来驱动主泵为气制动、液压转向助力、冷却循环系统的运转提供足够的动，而该能量的来源是车辆行驶过程中一直存在的惯性势能，实实现车辆惯性势能高效、高安全回收。 (二)实现汽车助力转向泵结构优化。结合流体动力学的基本理论与CFD软件，建立了溢流阀阀腔流域的物理模型，并对Fluent计算所得内部流场的可视化结果进行全面分析，针对产品存在的缺陷提出结构改进方案，从原有结构中产生的漩涡、气穴、对外壁的冲击等现象的控制程度综合评价改进方案，从而改善了溢流阀的动态性能，实现汽车助力转向泵结构优化。 (三)实现空气压缩机曲轴疲劳寿命改善。用将曲轴面力转化为节点集中力的方法模拟加载连杆力，使用单元模拟轴承弹性支撑，将选取的六个工况为研究工况对曲轴进行静力分析。利用模态分析求出了曲轴前八阶固有频率和振型，保证曲轴不会因为外激频率与固有频率过于接近而发生共振。在优化模块中对曲轴结构进行优化，以曲轴最大复合应力为优化目标，实现空气压缩机曲轴疲劳寿命改善。 4、创见与创新：该成果开发应用了一种集制动、转向、冷却等功能的新能源车用产品。通过机械藕合传递动力来驱动主泵，为气制动、液压转向助力、冷却循环系统提供动力，实现车辆惯性势能回收、突发断电时制动和转向的正常运转；通过对水泵、空压机、助力转向泵、马达模块化高度集成和曲轴优化设计，改善了助力转向泵的性能，延长了空气压缩机曲轴寿命，降低了制造成本。产品具有重量轻、宽工况、低能耗等特点，相关技术已获发明专利1件、实用新型专利5件。 5、社会经济效益与存在的问题：由于人们对道路交通的警醒意识，对车辆的安全稳定驾驶性能需求的提高，研究新能源车辆的制动、转向、冷却系统具有广阔的市场前景。 该系统总成的制造成本约为每台5500元，单台销售价格为10000～11000元(进口产品无同类产品)。该产品已批量供应中国南车时代，同时准备与中国宇通、深圳五洲龙、南京金龙等主机厂做OEM配套对接做准备。项目建成达产后一年后，预计可实现年新增销售收入5500万元，新增利税2820万元，经济效益十分显著。