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主动悬架的电动泵——RAPA使悬架活跃起来

2020-04-16 23:54:37·  来源：多体动力学与控制  
　
RAPA与戴姆勒公司之间的合作开发新型电动主动车身控制底盘（主动悬架）的电动机泵单元戴姆勒公司新开发的组件将首次在新型梅赛德斯-奔驰GLE中使用。Rausch＆Paus
RAPA与戴姆勒公司之间的合作开发新型电动主动车身控制底盘（主动悬架）的电动机泵单元
 
戴姆勒公司新开发的组件将首次在新型梅赛德斯-奔驰GLE中使用。Rausch＆Pausch为E-ACTIVE BODY CONTROL开发了独特的电动泵单元。
故事
自公司成立近100年来，Rausch＆Pausch GmbH以不断发展和创新产品解决方案而闻名。特别是其在高科技领域的战略眼光，以及其灵活创新的开发服务提供商的声誉，使来自上弗兰肯行政区的家族企业成为汽车，医疗和工业领域备受推崇的技术合作伙伴和隐形冠军。
自1980年代以来，RAPA进入了汽车供应商的世界，并与戴姆勒股份公司紧密联系。对于RAPA来说，这种非常重要的伙伴关系在主动底盘控制系统领域已经存在20多年了，自2005年以来，所谓的ABC©（主动车身控制）一直是该公司豪华车的重要组成部分。这是基于高度复杂的液压系统，不幸的是，该液压系统对未来的创新仅具有有限的用途，尤其是因为它依赖于内燃机。需要一种全新的解决方案，该解决方案必须满足关键要求，例如密封，紧凑，具有四象限功能的单元，高整体效率，动态体积流量控制，48 V工作电压，集成电子器件和最佳NVH性能。
经过六年的发展，其结果是在新型梅赛德斯-奔驰SUV GLE中为电动泵体（MPE）集成了电子控制系统，该系统是RAPA公司历史上的重要里程碑。
主动车身控制是已建立的ABC©系统的进一步发展。借助于立体摄像机记录道路表面，并创建相应的控制算法，该算法允许在任何行驶情况下将乘客舱保持水平和水平。四个角模型，由电动泵体和主动支柱组成，减震器用作动器。侧倾和俯仰运动得到补偿。除此之外，行驶水平高度可以改变，例如降低以在高速公路上行驶或在崎岖的地形上升高。
该系统的电动泵单元是RAPA产品，由三个主要组件组成：内齿轮液压泵，作为电动机的永久励磁同步电机和48V控制设备，包括Silver Atena公司的硬件和软件。
已实现的驾驶舒适性以及诸如操控模式或弯道功能等附加功能，这意味着这对于最终客户而言是切实且非常有益的改进。对于RAPA而言，鉴于系统的复杂性，电动泵单元的成功开发无异于近一百年来公司历史上的最大挑战。。
电动车身控制–世界上最智能的机箱
“在新的GLE中，梅赛德斯-奔驰引入了E-ACTIVE BODY CONTROL，这是从零开始开发的底盘系统。它提供了高度的驾驶舒适性，驾驶动力和越野特性。” （©戴姆勒公司）
 
电动泵单元
该系统的电动泵单元是RAPA产品，由三个主要组件组成：内齿轮液压泵，作为电动机的永久励磁同步电机和48 V控制设备，包括Silver Atena公司的硬件和软件。
 
机械泵体
内啮合齿轮机在位移原理上受到青睐。特别是，使用具有泄漏补偿功能的四象限版本。泄漏补偿通过压力激活的内部密封分装填料径向密封，还通过在齿轮箱上滑动的后密封压力板轴向密封。这种设计意味着该机器可以实现高容积效率。因此，可以产生良好的响应能力，尤其是在机器引擎图的原点周围交替运行时。在该区域，机器的容积效率几乎为100％。高效率是必要的，因为需要避免主动冷却。
除了具有四象限功能和极高的容积效率外，所选的排量原理还可以实现非常紧凑的设计，并为置换器和电动机之间的高度设计集成提供了良好的可能性。
电机
关于电机，经过深入的概念研究，决定使用永磁同步电机。该机器为带缝隙管的湿式流道形式。这对电机的发展提出了特殊的挑战，例如一方面要实现高效率，另一方面要在至少150 bar的所有运行条件下实现。为了使机器尽可能高效地运行，需要无涡流的缝隙管，为此，RAPA开发了一种薄壁塑料部件。在机器的磁性相关区域，可以将缝隙管的壁厚减小到十分之几毫米。尽管由于磁性原因需要薄壁，但该管还是耐压的。经过大量的结构-机械模拟，RAPA开发了一种现已获得专利的设计，该设计在受压时可将其自身支撑在定子齿上并自动支撑。
转子采用经典辐条布局设计。集成在转子叶片组件中的永磁体通过塑料封装固定，该封装直接集成在组件流中。通过前端开口的密封也可用于转子的平衡，转子也直接布置在装配线上。定子包括一个带有单齿线轴的定子星形，该单齿线轴安装在顶部并电气互连；一个推环径向覆盖该线轴。在将定子组装到壳体中之后，将组件用2组分浇注料在真空下密封。
电子控制
与外部合作伙伴Silver Atena合作开发了集成在电动泵体中的电子单元。装配好的，预先组装并经过预测试的ECU机械连接并电气连接到RAPA装配线中的电动机外壳。该单元由性能电路板和信号电路板组成。两个电路板均为堆叠形式，在两个电路板之间具有用于安装中间电路电容器，输入节流阀和其他组件的组件。
转子位置传感器记录转子状态。由于电动泵体的结构设计，转子位置传感器直接放置在电机外壳基座的前部，因此直接放置在ECU下方。使用霍尔效应传感器的传感器原理。传感器所需的磁场取决于转子的位置，该磁场由轴的电子装置端上的永磁体提供。车辆的电气接口包括与电源的48 V连接以及用于通信的CAN连接。
电子设备为CAN连接上的MPE提供了大量参数变量。除了典型的参数（例如转速，温度，输入电压和电流消耗）外，集成在液压机中的两个压力传感器还提供了CAN总线上MPE的两个液压连接的当前工作压力。电力电子设备对于电动车身控制的整体性能具有重要意义，特别是由于基于系统的高安全要求（ASIL C级）。
 
紧凑的布局
安装空间要求必须对电动泵单元进行高度集成的设计。由于这个原因，液压位移机和电机彼此一体地构建，并通过单个轴连接。贯通轴的概念使得仅三个轴承位置的设计成为可能，中间齿轮位置和电机均使用中间位置。所选择的结构设计的另一个优点是具有湿转子，并且在液压和电机之间具有很高的集成度，因此大气只需要静态密封即可。这意味着系统的坚固性。并且还可以完全避免密封引起的摩擦，从而避免轴的损坏。根据车辆的安装空间要求，各种支架设计意味着电动泵体既可以安装为单独的电动泵体，也可以安装为完整的电动泵体轮轴组。
 
测试
电动泵体的测试对RAPA验证也提出了全新的挑战：在早期阶段，为新产品设计，建造并投入运行的复杂功能测试台。除此之外，还需要为复杂的测试程序计划和构建各种测试台，每个检查循环总共需要八个月。
由于该设备也将用于电动模式，因此电动泵体产生的噪声对新产品的批量生产适用性构成了极大的挑战。在针对RAPA噪声测量室进行模拟技术测试的密集优化循环以及对客户车辆的伴随评估之后，实现了所需的改进。在此过程中，在优化循环中，对液压机中许多与噪声相关的细节进行了优化。压力脉动的最小化起着重要的作用。
参考文献:
RAPR官网：https://www.rapa.com/
多体动力学与控制是吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室王杨博士建立的专业多体动力学微信号，专注于分享、普及多体系统动力学、柔性多体动力学，汽车多体动力学、汽车底盘动力学与控制等前沿信息。
 
 
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