電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

吳海蕾 于樂翔 王華姣 王超民

摘 要：電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵工作，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)助力的大小，不但節(jié)省轉(zhuǎn)向燃油消耗，而且解決低速轉(zhuǎn)向輕便性與高速轉(zhuǎn)向路感之間的矛盾。本文對(duì)其自行設(shè)計(jì)的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了助力特性試驗(yàn)研究，并搭建了ITI-SimulationX模型進(jìn)行了仿真。最后，通過實(shí)車助力特性實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證所建模型的正確性，為EHPS系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)提供了良好的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；助力特性；系統(tǒng)建模；試驗(yàn)研究

緒論

本實(shí)驗(yàn)主要包括兩個(gè)方面：一是搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)架如圖5.1，對(duì)壓力傳感器和流量傳感器進(jìn)行標(biāo)定，為實(shí)車實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備；二是采用某車進(jìn)行實(shí)車實(shí)驗(yàn)，主要包括助力特性實(shí)驗(yàn)、轉(zhuǎn)向輕便性實(shí)驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)等，將實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證所建EHPS模型的正確性。

1 臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)計(jì)

EHPS系統(tǒng)的臺(tái)架試驗(yàn)主要包括模擬車速信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號(hào)的采集、無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、電機(jī)位置信號(hào)的檢測(cè)、油壓信號(hào)的測(cè)量、系統(tǒng)流量的測(cè)量、電源轉(zhuǎn)換等。搭建的試驗(yàn)臺(tái)架主要設(shè)備包括：BPR-40壓力傳感器、流量傳感器、無刷直流電機(jī)、液壓泵、聯(lián)軸器、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向盤測(cè)試系統(tǒng)、HCS08 BDM仿真器、各類支架、控制器（ECU）、12V電源、示波器、信號(hào)采集卡、計(jì)算機(jī)。

2 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)車試驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文搭建EHPS系統(tǒng)的模型的正確性，本文采用某車EHPS系統(tǒng)為對(duì)象進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)，分別進(jìn)行了助力特性實(shí)驗(yàn)、轉(zhuǎn)向輕便性實(shí)驗(yàn)和實(shí)車實(shí)驗(yàn)，研究車速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、液壓缸左右壓力等相互關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證模型的正確性。

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

本次實(shí)車試驗(yàn)使用的儀器主要包括BRP-40型壓力傳感器、LWGY-10A型渦輪流量傳感器、F/I-II型電流轉(zhuǎn)換器、M3INTEGRA型車載測(cè)試儀、ZL-1型轉(zhuǎn)向參數(shù)測(cè)試儀、DRS-6型車速儀、YD-28型動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、CROSSBOW型陀螺儀、電源為12V、車載電源24V、220V，其中動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀供電電源為220V，由逆變器轉(zhuǎn)換獲得，渦輪流量傳感器供電電源為24V電源，其它儀器所用電源基本為車載電源12V。

2.2 實(shí)車數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)的實(shí)車試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)的工作原理，如圖1所示，分別通過特定的實(shí)驗(yàn)儀器檢測(cè)所需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后通過車載測(cè)試系統(tǒng)采集。BPR-40壓力傳感器檢測(cè)液壓助力缸左右缸的壓力，需要通過橋盒連接到動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀上，然后連接到車載測(cè)試系統(tǒng)的端口ANA000及端口ANA001；LWGY-10A渦輪流量傳感器檢測(cè)的信號(hào)油液流量的頻率，不能直接被AD板采集，AD板采集的是電壓信號(hào)，因此需要通過F/I-II型頻率電流轉(zhuǎn)換器把頻率信號(hào)換算成電流信號(hào)，再將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，連接到車載測(cè)試系統(tǒng)的端口ANA002；陀螺儀檢測(cè)的車身側(cè)向加速度信號(hào)連接到車載測(cè)試系統(tǒng)的ANA003；轉(zhuǎn)向盤測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向盤操縱手力矩、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的角速度信號(hào)分別連接到車載測(cè)試系統(tǒng)的端口ANA004、端口ANA005、端口ANA006。車速儀測(cè)得的車速信號(hào)連接到端口ANA007。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)原理圖

3 不同車速下的助力特性試驗(yàn)

在車速60km/h下，設(shè)定駕駛員輸入轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩以斜率12N·m/s的斜率輸入，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩達(dá)到6N·m不變變化（以向右轉(zhuǎn)為例），并保持一段時(shí)間，得到各車速下助力缸左右腔的壓力和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩曲線如圖2所示：P1代表液壓助力缸左缸的壓力，P2代表液壓助力缸右缸的壓力。

由圖2可知，在車速一定時(shí)，隨著轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的增加，液壓助力缸的壓力不斷增加，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩增加到6N·m時(shí)，油壓不再增加，保持恒定，達(dá)到最大值。在同一轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩下，液壓助力缸的工作油壓降低，而且液壓助力缸的工作油壓增長的斜率也不斷減小，試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)的助力特性曲線完全符合，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果與EHPS的SimulationX模型仿真結(jié)果完全吻合，驗(yàn)證了模型的正確性。

圖2 60km/h時(shí)助力缸油壓與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩關(guān)系

結(jié)束語

根據(jù)電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作結(jié)構(gòu)，搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，對(duì)壓力傳感器和流量傳感器進(jìn)行標(biāo)定；通過某車型的汽車助力特性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真曲線的對(duì)比，驗(yàn)證模型的正確性，滿足汽車低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便和高速時(shí)的路感。

參考文獻(xiàn)

[1]劉亞輝，季學(xué)武.汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可變助力特性的設(shè)計(jì)[J].汽車工程，2010（3）：238～243.

[2]陳松，賀建軍，金永利.電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制算法研究[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2009（06）：73～78.

[3]陶永華.新型PID控制及其應(yīng)用[M].第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[4]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.QC/T-480-1999-汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評(píng)價(jià)方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

[5]趙萬里.電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的節(jié)能分析與建模仿真[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.6.

[6]T.Sakata，Y.Yokoi. Development of Control Method for Hydraulic-Electro Power Steering System Using Brushless DC Motor[J]. KOYO Engineering Journal English Edition No.159E（2002）.