胡 勇，雷崇彪

（1.陽江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東陽江 529566；2.深圳市杰瑞機電有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Elector-Hydraulic Power Steering，以下簡稱EHPS）的發(fā)展源于傳統(tǒng)機械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)，其工作平順、功率密度高，還具有可變助力特性、轉(zhuǎn)向操控手感好和燃油經(jīng)濟性高等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛[1]。國內(nèi)對EHPS的研究較遲，近年來EHPS技術(shù)也取得很大突破。研究主要集中在：（1）通過能耗分析，對電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行參數(shù)優(yōu)化；（2）建模，進行仿真研究；（3）研究控制策略；（4）試驗技術(shù)研究。

王喬采用理論與應(yīng)用相結(jié)合、仿真與試驗相結(jié)合的研究方法，研究了電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，深入分析研究了EHPS的工作原理和助力特性，對EHPS控制器和樣機創(chuàng)新開發(fā)設(shè)計并試驗驗證。謝歡欣提出一種新型的雙油泵式電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過研究電動客車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計油路和驅(qū)動電路的連接方式，設(shè)計雙油泵式電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；分析了雙油泵驅(qū)動系統(tǒng)工作原理，建立雙油泵驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型。通過電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器實現(xiàn)雙閉環(huán)PI控制，對兩電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)并分別進行仿真分析，提出了雙油泵驅(qū)動系統(tǒng)工作模式切換控制策略。在系統(tǒng)測試平臺上進行了雙油泵式電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的臺架試驗，驗證了控制策略的有效性[2]。

帶有基本測控功能的轉(zhuǎn)向油泵試驗裝置在國內(nèi)應(yīng)用不少，在功能、可靠性、操作性、性價比、售后服務(wù)方面都有一定欠缺，產(chǎn)品的適應(yīng)性差[3]。陳宇亮等根據(jù)中華人民共和國汽車行業(yè)標準，對汽車動力轉(zhuǎn)向油泵的相關(guān)試驗經(jīng)驗總結(jié)，設(shè)計了關(guān)于汽車動力轉(zhuǎn)向油泵低溫試驗完整的測試方法，在相關(guān)試驗臺進行改進。這套測試方法包括了對汽車動力轉(zhuǎn)向油泵低溫試驗試驗臺的研究以及測試方法的思考，以達到實現(xiàn)汽車動力轉(zhuǎn)向油泵低溫試驗的目的[4]。

目前對EHPS系統(tǒng)的試驗開展的研究不是很多，特別針對EHPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向油泵測試系統(tǒng)更少。能滿足客戶定制需求的EHPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向油泵測試系統(tǒng)更少。綜上所述，根據(jù)相關(guān)標準和實際車輛運行工況，充分考慮到性價比因素，設(shè)計了EHPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向油泵測試系統(tǒng)，以滿足測試需求。

1 EHPS轉(zhuǎn)向油泵測試系統(tǒng)的確定依據(jù)

在2014年10月1日起實施的《QC/T 972-2014汽車電控液壓助力轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)要求及試驗方法》，規(guī)定了汽車電控液壓助力轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)要求及試驗方法。主要在汽車電控液壓助力轉(zhuǎn)向器總成，包括循環(huán)球式電控液壓助力轉(zhuǎn)向器總成及齒輪齒條式電控液壓助力轉(zhuǎn)向器總成方面技術(shù)要求和試驗方面作了詳細規(guī)定。該標準細化了技術(shù)參數(shù)的定義、計算和控制范圍。圖1為轉(zhuǎn)向油泵的流量特性圖，EHPS轉(zhuǎn)向油泵測試系統(tǒng)根據(jù)流量特性圖設(shè)計跑合實驗時轉(zhuǎn)向油泵的壓力控制[5]。其他工況參照相關(guān)標準和產(chǎn)品實際情況制定。

圖1 轉(zhuǎn)向油泵的流量特性圖

2 EHPS轉(zhuǎn)向油泵測試系統(tǒng)測試項目的確定

2.1 根據(jù)客戶現(xiàn)實需求

某新能源汽車EHPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在交付使用后，驅(qū)動油泵電機作為EHPS系統(tǒng)的動力能源，驅(qū)動轉(zhuǎn)向油泵，以完成轉(zhuǎn)向。但在實際應(yīng)用中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生偶發(fā)無助力故障，存在一定安全隱患。針對這一問題，需設(shè)計一套針對EHPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向油泵測試系統(tǒng)。

通過對轉(zhuǎn)向油泵的性能測試，進而判斷轉(zhuǎn)向油泵驅(qū)動電機及其控制器的工作情況。

本測試系統(tǒng)需能模擬汽車實際轉(zhuǎn)向工況，達到預(yù)防故障、改進測試技術(shù)和提高轉(zhuǎn)向可靠性的目的。

本測試系統(tǒng)主要用于轉(zhuǎn)向油泵測試，模擬轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實際工況，測試轉(zhuǎn)向油泵各種性能。為EHPS轉(zhuǎn)向油泵問題的發(fā)現(xiàn)和改正提供測試條件，提高EHPS系統(tǒng)可靠性。

同時本系統(tǒng)也可完成測試不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)向油泵的流量、壓力，為轉(zhuǎn)向油泵的調(diào)速節(jié)能提供參考數(shù)據(jù)。

2.2 參考轉(zhuǎn)向油泵的運行工況

在實車運行中，本測試系統(tǒng)主要測試EHPS轉(zhuǎn)向油泵的運行工況。

由于低溫情況下，轉(zhuǎn)向油受溫度影響大，會產(chǎn)生粘滯現(xiàn)象導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)矩需求增大，EHPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向油泵驅(qū)動電機工作負荷明顯增加，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向油泵驅(qū)動電機啟動時易失步。因此EHPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向油泵的驅(qū)動電機在啟動時發(fā)生故障機率大，且該啟動故障多發(fā)生于低溫情況下。

由于車輛運行情況多變，路面復(fù)雜。車輛運行中特定情況下，會因路況較差，急打方向盤導(dǎo)致油路負荷突變，EHPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向油泵的驅(qū)動電機響應(yīng)不及時，且在調(diào)節(jié)過程中失調(diào)，因此需要對EHPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向油泵運行故障檢測。

EHPS系統(tǒng)方向盤打死時，EHPS系統(tǒng)油泵處于最大負荷狀態(tài)，EHPS系統(tǒng)電機調(diào)節(jié)較差時導(dǎo)致電流發(fā)散，電機失步，導(dǎo)致EHPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向油泵驅(qū)動電機停機，系統(tǒng)突然失去助力引起方向盤彈手。

2.3 測試項目的確定

測試系統(tǒng)的測試內(nèi)容如表1所示。

3 EHPS轉(zhuǎn)向油泵測試系統(tǒng)的研制

3.1 EHPS轉(zhuǎn)向油泵測試系統(tǒng)原理圖[6]

設(shè)備主要由油箱、液位浮球開關(guān)、加熱絲、高溫球閥、油過濾器、溫度傳感器、壓力傳感器、壓力表、電磁閥、比例溢流閥、溢流閥、流量計、散熱器等組成。主要結(jié)構(gòu)見圖2。

油箱對液壓油進行儲存和保溫作用；加熱絲可對油溫進行加熱，選用功率1～1.5 kW的加熱絲；高溫球閥起油路開關(guān)作用；油過濾器過濾潤滑油中的雜質(zhì)，保護元件；散熱器用于降低管路油溫；系統(tǒng)壓力由比例溢流閥控制；選用工作壓力為25 MPa，流量為≥25 L/min，工作溫度-20℃到150℃的電磁閥控制和改變液壓油流向；選用工作壓力為25 MPa，流量為≥25 L/min，工作溫度-20℃到150℃的溢流閥用于調(diào)定系統(tǒng)壓力，以保護系統(tǒng)運行；選用量程30 MPa，精度為±0.5%的壓力傳感器用于檢測系統(tǒng)壓力并反饋給計算機；選用量程40 MPa，精度為±1.6%的壓力表機械顯示系統(tǒng)壓力；流量為流量范圍為4.1 L/min到41 L/min，精度為±0.5%的流量計測試管路流量并將點信號反饋給計算機；液位浮球開關(guān)判斷液壓油最低液位并提供報警信號；選用-20℃到150℃、精度為±0.5%的溫度傳感器，用于檢測油溫溫度。設(shè)計耐壓30 MPa的油路閥塊，實現(xiàn)油路走向，減少管路泄露同時節(jié)省設(shè)備空間。

表1 測試系統(tǒng)的測試內(nèi)容

圖2 EHPS轉(zhuǎn)向油泵測試系統(tǒng)原理圖

油箱有液位浮球開關(guān)，可控制液位防止測試泵空轉(zhuǎn)，并通過蜂鳴報警功能提示操作人員。在測試泵的進出口處分別留有溫度檢測口，并各配備一個溫度傳感器?；赜涂谕ㄟ^流量計可采集流量數(shù)據(jù)并反饋給計算機。回油管路配有散熱器，對回油進行降溫，可實現(xiàn)超溫自動啟動。可選擇常用溫控表，設(shè)定并且控制油箱溫度。液壓油為動力轉(zhuǎn)向油。

3.2 EHPS轉(zhuǎn)向油泵測試系統(tǒng)工作過程

液壓油由油箱經(jīng)過高溫球閥、過濾器向測試泵提供一定設(shè)定的所需壓力的液壓油，液壓油從流量計、電磁閥、比例溢流閥、散熱器、過濾器、高溫球閥回到油箱，通過油液的循環(huán)，從而完成給定壓力的的油壓對測試件的不同工況的測試。

最大油壓模擬測試時，利用加熱絲，對油溫進行加熱到給定溫度，在空載壓力下啟動測試泵，升速至測試泵額定轉(zhuǎn)速，迅速關(guān)閉油過濾器到油箱油路上的高溫球閥使輸出流量為零，并保持一定時間，用于模擬最大油壓工況。

跑合模擬測試時，利用加熱絲，對油溫進行加熱到給定溫度，在空載壓力下啟動測試泵，升速至測試泵的最高轉(zhuǎn)速并保持一定時間，再將轉(zhuǎn)速調(diào)至額定轉(zhuǎn)速；同時利用比例溢流閥，控制系統(tǒng)壓力，從空載壓力開始逐級分別保持一定時間，循環(huán)一定次數(shù)，用于模擬負載突變工況。

極端負載突變模擬測試時，利用加熱絲，對油溫進行加熱到給定溫度，在測試泵額定轉(zhuǎn)速下，利用比例溢流閥，控制系統(tǒng)壓力，壓力循環(huán)從空載壓力至最大壓力，按一定頻率、一定循環(huán)周期、一定壓力梯度設(shè)定。用于模擬極端負載突變工況。

低溫啟動模擬測試時，啟動測試泵的轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速，工作壓力調(diào)至設(shè)定壓力，停機。在低溫環(huán)境中保持一定時間后啟動，用于低溫啟動模擬。

油路堵塞故障模擬測試時，測試泵在額定轉(zhuǎn)速下和最大壓力時，并且測試泵輸出流量為零的工況下連續(xù)運行一定時間，用于模擬油路堵塞故障工況。

4 結(jié)語

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，更多的新技術(shù)和新設(shè)備的出現(xiàn)，整車制造廠和零部件供應(yīng)商的技術(shù)挑戰(zhàn)也越來越大，汽車使用過程復(fù)雜，更加深了這一挑戰(zhàn)。研究表明：

（1）由于條件限制，僅通用樣車使用就完成輸出適配參數(shù)、電機參數(shù)和速度環(huán)、電流環(huán)PI做不到最優(yōu)適配，無法驗證完整工況；

（2）產(chǎn)品可靠性在車輛投入運行后才能經(jīng)受考驗，通過搭建本測試系統(tǒng)，可以在實驗室驗證完整工況，簡化現(xiàn)場調(diào)試步驟，提高產(chǎn)品適用性和可靠性；

（3）應(yīng)用于新能源汽車EHPS測試領(lǐng)域，加工制作簡單、操作方便、可行性高、易于實現(xiàn)和普及，性價比高、價格低廉；

（4）可進一步增加電器開關(guān)元件，增加自動控制功能。