黃東宇

（阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程科技學(xué)院， 安徽 阜陽 236000）

引言

當(dāng)前，大多數(shù)轎車均安裝有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)種類較多，其中，電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）是在傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由發(fā)動機帶動，無法較好控制其助力的大小，難以兼顧不同的車速。將其液壓泵改為由電機拖動，并對電機轉(zhuǎn)速進行控制，則為電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

1 液壓助力轉(zhuǎn)向壓力的計算

電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中較為重要的元件為轉(zhuǎn)閥，轉(zhuǎn)閥的開度隨轉(zhuǎn)向盤上的扭力桿的變化而變化，用以調(diào)整系統(tǒng)的油壓，一般都常將轉(zhuǎn)閥等效為4 個節(jié)流閥的橋接，如圖1 所示。

圖1 中位開式旋轉(zhuǎn)閥的等效模型

根據(jù)流量計算公式，并經(jīng)推倒可得：

式中：Qin為液壓泵出口處的流量，m3/s；P1、P2分別為A 口、B 口處的壓力，Pa；KL為流量系數(shù)；ρ 為油液密度，kg/m3；P為助力油缸兩端的壓力降，Pa；A為1、2兩個閥口面積中較小者，m2。

2 電動液壓助力轉(zhuǎn)向仿真模型的建立

假設(shè)除流量外的其它因素都為常數(shù)，對公式（1）進行求導(dǎo)，則：

由于液壓系統(tǒng)有一定的滯后性，因此設(shè)計時需考慮助力能否有效跟隨上方向盤轉(zhuǎn)速ω 的變化，而從公式（2）可知，提高油泵出口的流量Qin有助于提高助力跟隨性。

根據(jù)助力特性的要求，助力大小與車速V有較大的關(guān)系，而由公式（1）可知，提高油泵出口的流量Qin即提高助力油壓。

對于電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來說，油泵由電機帶動，油泵出口的流量Qin和電機轉(zhuǎn)速n成正比，因此，需根據(jù)車速和方向盤的轉(zhuǎn)速來綜合考慮控制電機轉(zhuǎn)速的大小。

為此，根據(jù)前文分析建立一個雙輸入單輸出的控制器。由于模糊控制控制簡便，節(jié)約硬件資源[1-2]，因此系統(tǒng)采用模糊控制實現(xiàn)，其建立的模糊控制模型所表達的助力特性曲面如圖2 所示。

圖2 EHPS 助力特性曲面圖

在完成模糊控制器的設(shè)計后，在Matlab 軟件中分別對方向盤、齒條、油缸、轉(zhuǎn)閥、油泵、電機、輪胎和整車建立了子模型，將模糊控制器加入后，建立系統(tǒng)的仿真模型。其中，輸入是車速和方向盤角速度，輸出為方向盤力矩。

3 低速行駛轉(zhuǎn)向輕便性的試驗仿真

根據(jù)GB/T 6323.5—1994《汽車操縱穩(wěn)定試驗方法轉(zhuǎn)向輕便性試驗》的要求對車輛低速轉(zhuǎn)向時的輕便性進行仿真[3-5]。根據(jù)其要求，汽車需以10 km/h 的速度按雙紐線行駛。分別對有無EHPS 控制器及電機的兩種情況下仿真，輸出結(jié)果為圖3 中所示。

圖3 方向盤轉(zhuǎn)角和力矩的關(guān)系曲線

由此可以看出，有無EHPS 助力時方向盤力矩最大值分別為6.01 N·m 和3.61 N·m，作用效能為6.01/3.61=1.66，能夠滿足助力輕便性的要求。

4 轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性的試驗仿真

美國德爾福（Delphi）公司針對高速公路行駛的操縱穩(wěn)定性制定了“中間位置操縱穩(wěn)定性試驗”[6]。在建立的模型中進行仿真后，仿真結(jié)果記錄在表1 中。

0.1g處的方向盤力矩表示的是方向盤力的大小。由表1 可以看出，所仿真的系統(tǒng)，有無EHPS 的力矩大小差距不大。這說明，其在高速時提供較小助力，以保證轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定。

0g和0.1g處的方向盤力矩梯度，表示了車輛在直線行駛時和駛離直線行駛位置時的“路感”。從表1 中可以看出，有EHPS 后，0g和0.1g處的方向盤力矩梯度仍保持在1.07 N·m/g和17.5 N·m/g，說明即使有助力的情況下，其路感亦沒有明顯下降。

再對比美國緊湊車型的相關(guān)數(shù)據(jù)，由于采用了對助力特性的控制，在高速時仿真數(shù)據(jù)的方向盤力矩比帶有動力轉(zhuǎn)向的實際車型的力矩要大，提高了“路感”。

表1 方向盤中間位置操縱穩(wěn)定性試驗仿真結(jié)果對比

5 結(jié)語

對于汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言，高速時的操縱穩(wěn)定性和低速時的輕便性都十分重要，采用模糊控制的電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）通過合理的設(shè)計可以較好地兼顧這兩點。而在具體應(yīng)用中，可根據(jù)不同國家或地區(qū)的駕駛習(xí)慣、路況和車型等適當(dāng)調(diào)整模糊控制規(guī)則。