圖1 現(xiàn)代混合動力汽車

• 研究產(chǎn)品: HEV/EV傳動

• 仿真目的: 優(yōu)化潤滑油路提高 HEV/EV的潤滑效能和冷卻性能

眾所周知，變速箱內(nèi)的油液有兩個非常重要的作用：1).潤滑高速旋轉(zhuǎn)件以減少磨損；2).作為冷卻液對發(fā)熱零件進行降溫。但是，如果潤滑油的量過多，則會加大旋轉(zhuǎn)部件的阻力，降低燃油效率。通過RecurDyn-ParticleWorks聯(lián)合仿真，可優(yōu)化變速器內(nèi)的油路，仿真結果能夠清晰地可視化箱體內(nèi)部的油液分布，可量化分析確定最佳的油量，從而達成潤滑性能和冷卻效能的最佳平衡。

圖2 變速箱

 

┃仿真過程

①創(chuàng)建動力學模型，包括整個變速器的轉(zhuǎn)動及其它運動；

②變速器動力學模型與油液的聯(lián)合仿真；

③針對變速器進行實際定量檢測油液行為（Benchmark test）；

④實際測試與分析結果的對比，及詳細的模型參數(shù)調(diào)整。

⑤基于詳細參數(shù)調(diào)校的仿真模型，通過改變設計參數(shù)，可視化分析并比較設計參數(shù)對油液行為的影響；分析各種變化行駛條件(車輛加速、減速和轉(zhuǎn)向)相應的結果。

 

┃ 關鍵分析技術

• 構建變速器(各零件間的運動/動力傳遞)動力學模型(RecurDyn Professional)；

• 反映油液特性的高精度流體模型(ParticleWorks)；

• 高轉(zhuǎn)速零件物理量與油液物理量的雙向數(shù)據(jù)交換(Co-simulation)；

• 高速粒子的GPU求解(ParticleWorks GPU Solver)；

• 油與相鄰零件間壓力和速度的高精度計算。

實物模型與仿真

圖片來源:由現(xiàn)代汽車公司提供（摘自ChulminAhn在VDI Dritev 2018上的“Churning oil path optimization process development”演講）

圖3 實物模型與仿真分析供油量對比圖

 

┃ RecurDyn工具包

• RecurDyn/Professional

• RecurDyn/Gear

• RecurDyn/Bearing

• Particleworks Interface

 

┃ 客戶面臨的問題

• 不充分潤滑導致變速器的性能下降；

• 在現(xiàn)有產(chǎn)品基礎上需要改進潤滑性能；

• 被箱體遮擋的傳動系內(nèi)部潤滑性能不易查看、評價。

• 通過實物樣機測試各設計參數(shù)和運行條件對潤滑性能的影響需要過高的時間和成本。

 

┃ 解決方案

通過RecurDyn和ParticleWorks聯(lián)合仿真，分析設計參數(shù)和運行條件(負載扭矩和油位)的定量影響，對變速器的內(nèi)部性能進行全面的可視化檢驗，從而節(jié)約時間和成本。

圖4 根據(jù)導向結構改變油的行為

┃仿真結果

• 通過對變速器內(nèi)部油流的高精確可視化仿真和量化評定，在變速器設計初始階段對油路配置進行了優(yōu)化。

• 油對各轉(zhuǎn)動件所產(chǎn)生阻力的仿真結果與試驗結果一致，基于此，確定了變速器的最佳油量。

┃其他應用案例

? 分析潤滑油溫差引起的負載扭矩變化

• 發(fā)動機輸入扭矩關閉后，粘度與負載扭矩間的關系取決于潤滑油的溫度

• 分析不同溫度(粘度)潤滑油相應的減速性能差異

圖5 發(fā)動機內(nèi)部潤滑油

 

? 考慮潤滑油粘性的減速齒輪架仿真

• 潤滑油噴射可視化至今無法實現(xiàn)

• 考慮潤滑油粘度對齒輪輸出的影響，可以對其進行優(yōu)化

圖6 發(fā)動機潤滑油行為

 

? 差速齒輪箱內(nèi)潤滑油噴霧行為分析

• 分析差動輪系機器人添加粘性流體（潤滑油）時的負載力矩

圖7 差動齒輪箱內(nèi)潤滑油噴霧流動