RecurDyn 成功案例：混合动力汽车传动系润滑油路优化

图1 现代混合动力汽车

• 研究产品: HEV/EV传动

• 仿真目的: 优化润滑油路提高 HEV/EV的润滑效能和冷却性能

众所周知，变速箱内的油液有两个非常重要的作用：1).润滑高速旋转件以减少磨损；2).作为冷却液对发热零件进行降温。但是，如果润滑油的量过多，则会加大旋转部件的阻力，降低燃油效率。通过RecurDyn-ParticleWorks联合仿真，可优化变速器内的油路，仿真结果能够清晰地可视化箱体内部的油液分布，可量化分析确定最佳的油量，从而达成润滑性能和冷却效能的最佳平衡。

图2 变速箱

 

┃仿真过程

①创建动力学模型，包括整个变速器的转动及其它运动；

②变速器动力学模型与油液的联合仿真；

③针对变速器进行实际定量检测油液行为（Benchmark test）；

④实际测试与分析结果的对比，及详细的模型参数调整。

⑤基于详细参数调校的仿真模型，通过改变设计参数，可视化分析并比较设计参数对油液行为的影响；分析各种变化行驶条件(车辆加速、减速和转向)相应的结果。

 

┃ 关键分析技术

• 构建变速器(各零件间的运动/动力传递)动力学模型(RecurDyn Professional)；

• 反映油液特性的高精度流体模型(ParticleWorks)；

• 高转速零件物理量与油液物理量的双向数据交换(Co-simulation)；

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

• 油与相邻零件间压力和速度的高精度计算。

实物模型与仿真

图片来源:由现代汽车公司提供（摘自ChulminAhn在VDI Dritev 2018上的“Churning oil path optimization process development”演讲）

图3 实物模型与仿真分析供油量对比图

 

┃ RecurDyn工具包

• RecurDyn/Professional

• RecurDyn/Gear

• RecurDyn/Bearing

• Particleworks Interface

 

┃ 客户面临的问题

• 不充分润滑导致变速器的性能下降；

• 在现有产品基础上需要改进润滑性能；

• 被箱体遮挡的传动系内部润滑性能不易查看、评价。

• 通过实物样机测试各设计参数和运行条件对润滑性能的影响需要过高的时间和成本。

 

┃ 解决方案

通过RecurDyn和ParticleWorks联合仿真，分析设计参数和运行条件(负载扭矩和油位)的定量影响，对变速器的内部性能进行全面的可视化检验，从而节约时间和成本。

图4 根据导向结构改变油的行为

┃仿真结果

• 通过对变速器内部油流的高精确可视化仿真和量化评定，在变速器设计初始阶段对油路配置进行了优化。

• 油对各转动件所产生阻力的仿真结果与试验结果一致，基于此，确定了变速器的最佳油量。

┃其他应用案例

◀ 分析润滑油温差引起的负载扭矩变化

• 发动机输入扭矩关闭后，粘度与负载扭矩间的关系取决于润滑油的温度

• 分析不同温度(粘度)润滑油相应的减速性能差异

图5 发动机内部润滑油

 

◀ 考虑润滑油粘性的减速齿轮架仿真

• 润滑油喷射可视化至今无法实现

• 考虑润滑油粘度对齿轮输出的影响，可以对其进行优化

图6 发动机润滑油行为

 

◀ 差速齿轮箱内润滑油喷雾行为分析

• 分析差动轮系机器人添加粘性流体（润滑油）时的负载力矩

图7 差动齿轮箱内润滑油喷雾流动