商用車電動液壓助力轉向系統綜述

沈玉龍 李剛 張凱 宿焱

摘 要：轉向系統作為商用車實現智能化的關鍵子系統和主要的耗能部件之一 其設計的好壞與車輛的燃油經濟性、操縱穩定性以及車輛的機動性能息息相關。論文對商用車最常用的電動液壓助力轉向系統的國內外研究現狀進行綜述 首先 對電動液壓助力轉向系統進行概述 寫出了該系統的優點與不足 其次對電動液壓助力轉向系統國內外研究進行了說明 最后指出電動液壓助力轉向系統的優化控制方向 為節能減排和提高車輛的性能提供可能。

關鍵詞：商用車;電動液壓助力轉向系統;節能

中圖分類號：U461.6? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-248-03

Abstract： As one of the key subsystems and main energy-consuming components for commercial vehicles to realize the intelligentization of the steering system， its design is closely related to the fuel economy， handling stability and maneuvera -bility of the vehicle. The thesis summarizes the domestic and foreign research status of the most commonly used electro- hydraulic power steering system for commercial vehicles. First， it outlines the electro-hydraulic power steering system， and writes the advantages and disadvantages of the system. The research is explained and finally pointed out the optimization direction of the electro-hydraulic power steering system， which provides the possibility for energy saving， emission reduction and improvement of vehicle performance.

Keywords： Commercial vehicle; Electro-hydraulic power steering system; Energy saving

CLC No.： U461.6? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-248-03

前言

電動液壓助力轉向系統（EHPS）在原有傳統液壓助力轉向系統的基礎上增加了方向盤角度傳感器、電機控制器和一些電控執行器 以實現轉向助力大小隨車速變化可調節的目的。但液壓泵由發動機驅動 所以在不轉向時 仍有大量的能量消耗 不利于汽車的燃油經濟性。因此如何使電動液壓助力轉向系統更加節能、更加穩定成為當今國內外學者共同研究的話題。電動液壓助力系統如圖1所示。

1 國外研究現狀

由于電動液壓助力具有較高的研究空間 國外自二十世紀80年代就對EHPS系統進行了研究。但主要局限于理論研究 在技術上主要是利用電磁閥控來調節助力的大小 該技術不利于以后節能性的發展。

圖1? EHPS系統

1987年第一款商業化的電動液壓助力轉向系統應用在在斯巴魯車上[1]。2005年英國巴斯大學的團隊建立了 EHPS 系統的仿真模型 通過仿真分析系統的能量損耗 通過仿真結果發現能量損失最大的是電機泵和轉向控制閥 二者相加占到總耗的 80%以上[2]。

2008年美國阿肯色大學的Roy McCann通過改變與EHPS相關的輔助增益來改善車輛的穩定性 提出了一種基于連接角度變化率反饋和增益調度的方法來實時的改變EHPS系統提供的輔助力矩 改善了車輛轉向系統的響應特性[3]。

2014年英國紐卡斯爾大學的Christoper Morton等人的團隊對電動液壓助力轉向系統進行了分析與研究。仿真與實驗結果表明該電動液壓助力轉向系統可以通過優化電動泵的運行狀態即電動泵驅動電機的轉速來減少整個駕駛周期內的能耗 以達到節能的效果[4]。

2018年韓國首爾國立大學的 Ji In Park 等將電動輔助轉向系統同 EHPS系統相結合 研究出新型混合電動轉向系統 通過建立動態模型來估計轉向系統的節能效果 仿真結果顯示同傳統液壓助力轉向系統相比 在給定試驗工況下 新型混合轉向系統可節能約50%[5]。

2 國內研究現狀

相比于國外 國內在電動液壓助力轉向系統上起步較晚 但目前來看 在高校的研究上已經取得了不錯的研究成果。下述為EHPS在國內的研究現狀。

天津大學的王豪依據電動液壓助力系統的特點 研究出該系統的控制算法 根據車速和方向盤角速度來控制電動泵驅動電機的轉速 臺架實驗表明該算法在控制系統中具有很高的可行性 所提出的控制策略能夠提供較好的路感并在節能方面有顯著的提高[6]。

湖南大學的展竹義對影響電液轉向系統工作特性的因素進行了分析 建立了三自由度的電動液壓助力轉向系統模型 對其助力特性以及整車操縱穩定性進行了仿真分析 結果表明該系統具有良好的路感和節能性[7]。

南京林業大學的朱慶華針對電動液壓轉向系統助力電機一直高速運轉的問題做出研究 設計出了理想的轉向盤力矩曲線 推算出了車輛理想的助力特性曲線并得到了不同車速及方向向盤轉角下的目標電機轉速。仿真結果表明 優化控制后的助力電機不僅滿足車輛低速轉向時輕便和高速行駛時駕駛員路感的要求 同時降低了系統的能耗[8]。

清華大學的陳全世寫出了用于電動商用車上的電動液壓助力系統的開發應用過程及其效果。該EHPS系統通過控制電機的轉速來控制液壓泵輸出油的流量 進而來控制轉向助力的大小。在實車試驗中 系統能提供足夠的轉向助力 在非轉向時電機輸出功率為108W 轉向時電機最大輸出功率 3.59Kw 證明該系統同時也具有很好的節能性[9]。

3 結論

商用車電動液壓助力轉向系統助力轉向系統是一種電控助力轉向系統 助力大小可隨車速變化調節 可應用到傳統車上也可以應用到新能源車輛上 也可以在其基礎上實現智能駕駛 滿足時代發展的需要。目前 國內外的研究工作大多數通過車速等信號來對電動液壓助力轉向系統的驅動電機進行控制 通過控制使轉向系統更加穩定、更加節能。在節能和穩定性方面 仍還有很大的發展空間值得我們去研究探索。

參考文獻

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