王 軍，陳 勇

WANG Jun，CHEN Yong

（淮陰工學(xué)院 交通工程學(xué)院，淮安 223003）

0 前言

電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）是在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，不再以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，而是使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這樣相對(duì)于原液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)它主要有三方面優(yōu)勢(shì)[1]：1）在轉(zhuǎn)向過(guò)程中通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制液壓油流量，從而控制轉(zhuǎn)向手力，滿足輕便性；2）在沒(méi)有轉(zhuǎn)向操作時(shí)的液壓油流量極低，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性；3）隨著速度的提高，適當(dāng)減少液壓油流量，不僅節(jié)約了能耗，還抑制了高速轉(zhuǎn)向發(fā)飄，提高了高速轉(zhuǎn)向時(shí)的手感。

本文通過(guò)搭建EHPS系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)試驗(yàn)找出影響EHPS系統(tǒng)能耗的主要因素，提出了解決的方法。

1 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成和工作原理

電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS的基本組成如圖1所示，主要包括：轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、速度傳感器、電控單元（ECU）、助力電機(jī)、液壓泵、轉(zhuǎn)向器及轉(zhuǎn)向車輪等。

轉(zhuǎn)向時(shí)，EHPS系統(tǒng)的ECU根據(jù)車速、方向盤角速度傳感器傳來(lái)的信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算處理后輸出脈寬調(diào)制（PWM）的占空比信號(hào)，以控制直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓泵的輸出流量發(fā)生改變，進(jìn)而控制進(jìn)入助力油缸油液的壓力，以控制助力大小。

圖1 EHPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

2 試驗(yàn)臺(tái)的建立

2.1 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)組成

搭建該試驗(yàn)平臺(tái)主要是研究EHPS系統(tǒng)能量消耗情況。試驗(yàn)臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)方法， EHPS系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)由EHPS試驗(yàn)主控平臺(tái)、EHPS系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向阻力加載模塊（根據(jù)整體動(dòng)力學(xué)模型來(lái)模擬，轉(zhuǎn)向阻力由液壓加載系統(tǒng)提供）、以及測(cè)試模塊組成。

2.2 基本工作原理

EHPS系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)由方向盤輸入轉(zhuǎn)向信號(hào)，轉(zhuǎn)向阻力加載模塊根據(jù)測(cè)試模塊提供的方向盤的角速度信號(hào)和速度信號(hào)來(lái)提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)向阻力，同時(shí)測(cè)試模塊采集EHPS系統(tǒng)中各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.2.1 轉(zhuǎn)向阻力加載模塊

轉(zhuǎn)向阻力加載模塊用來(lái)根據(jù)實(shí)際行駛速度和轉(zhuǎn)向角度，模擬實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)向阻力，如圖2所示。目前國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)一般采用彈簧加載方式。這種加載方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但由于彈簧的彈性系數(shù)不能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而不能準(zhǔn)確地模擬各種轉(zhuǎn)向工況下的轉(zhuǎn)向阻力。為克服上述缺點(diǎn)，該仿真試驗(yàn)平臺(tái)采用了液壓加載系統(tǒng)，加載油缸產(chǎn)生的軸向阻力直接加載到EHPS系統(tǒng)的助力油缸的輸出端。

位移傳感器用來(lái)確定方向盤是否回到中位，拉壓傳感器用來(lái)檢測(cè)實(shí)際作用在齒條上的阻力大小。轉(zhuǎn)向時(shí)，EHPS系統(tǒng)試驗(yàn)主控平臺(tái)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況（方向盤轉(zhuǎn)角θ和車速V），實(shí)時(shí)計(jì)算出轉(zhuǎn)向阻力，并傳遞給液壓加載控制單元，通過(guò)控制比例壓力控制閥和比例方向閥來(lái)控制進(jìn)入加載液壓缸的壓力和流量，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向阻力隨運(yùn)行工況變化而變化的特性[6]。

2.2.2 測(cè)試模塊

電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控模塊主要采集EHPS系統(tǒng)液壓泵的輸出壓力、流量、溫度信號(hào)，方向盤角速度、轉(zhuǎn)角、扭矩信號(hào)，助力油缸的拉壓力、位移信號(hào)，直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流信號(hào)，對(duì)轉(zhuǎn)向阻力進(jìn)行控制，如圖3所示。主控平臺(tái)采用工控機(jī)，測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件用虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)。

圖2 試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)向阻力加載模塊和測(cè)試系統(tǒng)模塊

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能要求，即使在沒(méi)有轉(zhuǎn)向的條件下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的流量也必須被維持（開(kāi)式中心轉(zhuǎn)向閥）。因?yàn)椴僮魅藛T可能隨時(shí)需要轉(zhuǎn)向操作。

3.1 定液壓阻力下電機(jī)電流消耗情況

圖3 定液壓阻力下電流消耗和輸出流量的關(guān)系

圖3所示為EHPS系統(tǒng)動(dòng)力單元克服一個(gè)不變的液壓阻力P＝0.2MPa時(shí)，電機(jī)電流的消耗和液壓泵輸出流量的關(guān)系圖。從圖中可以看出，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加（即輸出流量的增加），電機(jī)電流的消耗呈現(xiàn)二次曲線的方式增長(zhǎng)。如果液壓阻力增加的話電流可能會(huì)更高（如連接管路變長(zhǎng)，油液黏度的變化，轉(zhuǎn)向閥節(jié)流口面積的變化等）。

3.2 變輸出流量下系統(tǒng)背壓對(duì)電流消耗的影響

圖4所示為在不同輸出流量下液壓系統(tǒng)的背壓對(duì)應(yīng)電流消耗的影響。

圖4 變輸出流量下液壓系統(tǒng)背壓對(duì)應(yīng)電流消耗的情況

非轉(zhuǎn)向工況下，電機(jī)電流的大小對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的節(jié)能有很大的影響。低轉(zhuǎn)向需求占轉(zhuǎn)向循環(huán)的比例明顯要多于90%，通過(guò)減少動(dòng)力單元的轉(zhuǎn)速（流量）或減少液壓損失（使用低泄漏的閥，縮短進(jìn)出油管長(zhǎng)度等）來(lái)減少電機(jī)的電流是完全可行的。

4 結(jié)論

通過(guò)建立EHPS系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái)來(lái)分析系統(tǒng)的節(jié)能機(jī)理。在實(shí)際轉(zhuǎn)向循環(huán)中，EHPS系統(tǒng)的能耗主要消耗在非轉(zhuǎn)向工況和低轉(zhuǎn)向需求工況。對(duì)EHPS系統(tǒng)而言，功率消耗多少是由待機(jī)消耗來(lái)決定的。通過(guò)研究EHPS系統(tǒng)非轉(zhuǎn)向工況和轉(zhuǎn)向工況之間的快速轉(zhuǎn)換規(guī)律來(lái)降低非轉(zhuǎn)向工況的能耗是目前主要研究的目標(biāo)。

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