新能源公交車電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真研究

李 冰

(濰坊職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261041)

1 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

該系統(tǒng)主要由機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)液壓供給系統(tǒng)以及電控單位3個(gè)部分組合而成。

1.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包含了方向盤、轉(zhuǎn)向桿、減速傳動(dòng)器及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要是幫助駕駛員在實(shí)施轉(zhuǎn)向操作的時(shí)候能夠盡可能減少車輪和地面的滑動(dòng)位移。

如果該結(jié)構(gòu)因?yàn)楣收显驘o法實(shí)施轉(zhuǎn)向，駕駛員必須要通過手動(dòng)操作強(qiáng)行轉(zhuǎn)向，小型汽車因?yàn)楸旧砗奢d較小，所以司機(jī)可以通過手動(dòng)操作完成轉(zhuǎn)向，但是大型公交車自身荷載過大，即使人為操作依然可能無法克服強(qiáng)大的阻力，所以大型公交車的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該重點(diǎn)考慮安全性以及可靠性。

1.2 液壓助力系統(tǒng)

液壓助力系統(tǒng)由電動(dòng)泵和動(dòng)力轉(zhuǎn)向器2個(gè)部分組成，電動(dòng)泵由電機(jī)和油泵2個(gè)部分連接而成，二者共同作用完成系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)工作，當(dāng)前汽車中應(yīng)用比較廣泛的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器為循環(huán)球、齒輪齒條2種模式。液壓助力系統(tǒng)根據(jù)工作模式的不同又可以被分為流量控制、動(dòng)力缸分流控制等。液壓助力系統(tǒng)在內(nèi)部電動(dòng)泵的帶動(dòng)之下推動(dòng)系統(tǒng)工作，電動(dòng)泵運(yùn)行過程中能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為動(dòng)能，將這種動(dòng)力傳輸?shù)絼?dòng)力缸中進(jìn)行活塞運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)液壓助力系統(tǒng)如圖1所示：

圖1 電動(dòng)液壓助力系統(tǒng)示意圖

1.3 電控單元

傳統(tǒng)汽車的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器只有在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后才能夠運(yùn)行，因此處于一種被動(dòng)的狀態(tài)，但是新能源汽車的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是由單獨(dú)的電機(jī)提供動(dòng)力，能夠根據(jù)實(shí)際車速、轉(zhuǎn)向角度主動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向的節(jié)奏實(shí)現(xiàn)良好的協(xié)調(diào)效果。該結(jié)構(gòu)的工作原理主要是電控單元在接收到實(shí)際車速、方向盤轉(zhuǎn)角等信息之后，在助力模型曲線的控制下改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小協(xié)助車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)向助力，助力模型曲線從而能夠節(jié)省液壓系統(tǒng)的燃油量，減少供油壓力。不同車型的助力特性曲線內(nèi)部參數(shù)會(huì)根據(jù)車速、行程、最大荷載等多種因素共同制定，并且安全起見還需要設(shè)置獨(dú)立的診斷以及安全保護(hù)程序。

2 電動(dòng)液壓轉(zhuǎn)向器仿真建模研究

2.1 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的工作原理

轉(zhuǎn)向器內(nèi)部的轉(zhuǎn)閥位于轉(zhuǎn)向器的中心位置，在汽車保持直線運(yùn)行的時(shí)候，轉(zhuǎn)閥起到了至關(guān)重要的作用。該結(jié)構(gòu)的外部圓形組件和閥體形成一種滑動(dòng)的配合效果，零件之間的空隙很小，因此必須具有較高的零件配合度以及精度，該結(jié)構(gòu)能夠保證閥體的縱槽和槽肩之間的液體能夠良好流通，在動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的上部設(shè)置專門的進(jìn)油孔，通過油管將油泵和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油罐連接起來，液壓油經(jīng)過縱槽流向外部的徑向油孔，穿過調(diào)整螺塞間的空隙進(jìn)入回油口，最后進(jìn)入油罐。如果方向盤位于某一個(gè)位置固定不變，則閥體會(huì)在液壓以及扭桿的共同作用之下，沿著方向盤的某個(gè)角度旋轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)閥的相對(duì)位移變小，減少上下動(dòng)力油壓，雖然如此仍然也會(huì)存在無法消除的助力推動(dòng)，此時(shí)只有保證助力矩陣和車輪的回正力保持均衡才能夠使得車輪處于固定的轉(zhuǎn)向位置。

2.2 異步電動(dòng)機(jī)矢量調(diào)整模型

傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中所用的助力電機(jī)都具備自身比較獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其中異步電機(jī)因?yàn)轶w積較小，組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且具有良好的調(diào)速控制性能而被廣泛應(yīng)用[2]。在新能源汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，異步電機(jī)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常采用開環(huán)的間接矢量控制系統(tǒng)，相較于直接控制方式更為簡(jiǎn)單，因?yàn)閮?nèi)部多為強(qiáng)耦合，非線性的組成，只有依靠成熟良好的矢量控制技術(shù)才能夠形成理想的調(diào)速控制效果，同時(shí)因?yàn)槭噶靠刂聘鶕?jù)磁場(chǎng)的方向而定，因此可以通過增幅電流的方式對(duì)其進(jìn)行控制，具有更好的動(dòng)態(tài)使用效果。

2.3 轉(zhuǎn)向控制助力分析

助力控制首先分析轉(zhuǎn)向助力的變化特征，根據(jù)實(shí)際使用工況的調(diào)查分析找到助力壓力和轉(zhuǎn)向手力間的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)汽車處于靜止或者低速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向阻力基本不變，但是當(dāng)汽車提速之后，轉(zhuǎn)向阻力會(huì)因加速而變小。在運(yùn)行中汽車內(nèi)部助力的變化會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部轉(zhuǎn)向動(dòng)力出現(xiàn)相應(yīng)地調(diào)整，因此需要針對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部的助力特性規(guī)律進(jìn)行研究。新能源汽車在低速運(yùn)行時(shí)，手動(dòng)操作比較多，當(dāng)汽車運(yùn)行起來之后，因?yàn)榭朔舜罅康霓D(zhuǎn)向阻力，所以在保持車輛平穩(wěn)運(yùn)行的前提條件之下，駕駛員需要做出的操作指令相對(duì)較少。比較理想的操作方案應(yīng)該是在車輛低速運(yùn)行時(shí)駕駛員保持車輛平穩(wěn)運(yùn)行之后，應(yīng)立刻轉(zhuǎn)向省力，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)車輛穩(wěn)定性變差的情況下，應(yīng)立即進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，防止出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎的情況[3]。因此在建立轉(zhuǎn)向控制助力分析模型時(shí)，一定要將上述因素考慮進(jìn)去。

3 小結(jié)

通過上文的論述可以發(fā)現(xiàn)在新能源公交車中安裝電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠有效幫助駕駛室的司機(jī)緩解駕駛壓力，同時(shí)又可以滿足新能源汽車純電動(dòng)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)向要求。