液压助力转向泵

液压助力转向泵（精选六篇）

液压助力转向泵篇1

常规汽、柴油发动机前端轮系涉及的动力附件有:发电机、空调压缩机、真空泵、助力转向泵等, 其中, 助力转向泵包含两种类型:机械式液压助力转向泵、电子助力转向泵。助力转向泵主要通过带动转向助力系统各组件内的油压传递, 在转向过程中提供一定的辅助转向助力, 以减少驾驶人员的转向操作力, 增加车辆的转向舒适性。

本文主要涉及机械式液压助力转向泵在发动机试验过程中的应用现状、模拟整车转向时带载运行的需求及模拟方案介绍等内容。通过分析机械式液压助力转向泵在整车转向时的带载状态, 并通过既定的方案在发动机单体试验过程中模拟该整车带载状态, 使得发动机的单体试验环境更贴近实际整车环境, 从而使发动机单体试验过程及试验结果更具真实性和科学性。

1、机械式液压助力转向泵在发动机试验过程中的现状分析

1.1 现状分析

目前的发动机单体试验过程中, 受发动机试验台架的硬件和功能限制, 无法在试验过程中实现机械式液压助力转向泵的带载工作状态 (即功率输出状态) , 因此一般的发动机试验过程中均采用拆除助力转向泵或助力转向泵空转的方式。所谓的助力转向泵空转状态是指:发动机通过皮带轮带动助力转向泵运转, 通过驱动液压油在助力转向泵和油壶之间形成通路循环, 但助力转向泵进、出口并无压力差, 助力转向泵并未输出功率, 即并未消耗发动机功率。

1.2 模拟整车状态的需求

实际的整车运行过程中, 必然会伴随一定的转向动作, 在整车转向过程中液压助力转向系统处于带载工作状态, 通过助力转向泵对外输出功率, 驱动液压油在整车转向动力缸两侧形成压力差, 最终为驾驶员提供一定的转向助力, 此过程会消耗部分发动机功率。但是, 在常规的发动机单体试验过程中液压助力转向泵处于空转状态, 并未实现该部分功率的消耗, 因此, 常规发动机单体试验的环境与实际整车环境存在偏差。如果想要更加真实的、科学的模拟和考核发动机在整车环境下的运转状态, 同时, 为研究动力转向泵工作过程中对发动机功率消耗、发动机前端轮系等的影响, 就需要在发动机单体试验过程中实现液压助力转向泵的带载运行。

2、机械式液压助力转向泵模拟整车状态的方案

2.1 整车机械式液压助力转向系统组成及原理介绍

如图1所示为一种常见的机械式液压助力转向系统的组成示意图, 组成一般为:1.转向动力缸, 2.动力缸活塞, 3.转向齿轮, 4.转向齿条, 5.流量控制阀, 6.助力转向泵, 7.转向油罐, 8.回油管路, 9.进油管路, 10.扭杆, 11.转向轴, 12.转向控制阀。

具体的助力转向过程为:当整车无转向动作时, 转向控制阀12处于中立位置, 此时由转向油罐7、助力转向泵6、流量控制阀5组成助力转向的液压油路, 此时液压油仅经由转向控制阀12直接回流至转向油罐7, 动力缸活塞2两端并无压差, 无转向助力;当整车有转向动作, 即驾驶人员在转动方向盘时, 驾驶员通过方向盘给转向轴11施加一个转向力, 使得扭杆10产生扭转力, 此时由于轮胎与地面的摩擦阻力作用, 动力缸转向齿轮3、转向齿条4并不能运动, 但在扭杆10受到扭转力而产生变形后, 会引起转向控制阀12内部的阀芯和阀套产生相对转动, 使得控制阀12内部油路产生变化, 在动力缸活塞2两侧分别形成一个高压进油腔和低压回油腔, 所形成的液压油压力差推动转向齿条4向某一方向运动, 一方面转向齿条4转动会带动转向横拉杆平移, 横拉杆带动整车轮胎转动;另一方面转向齿条4转动也会带动转向齿轮3旋转 (转向与方向盘转动方向一致) , 转向齿轮3转动时同时带动转向轴11旋转, 使转向轴11 (方向盘) 旋转一定角度。只要方向盘持续转动, 扭杆10就会持续存在扭转力, 即会持续产生转向助力, 直至驾驶人员停止转动方向盘后扭杆恢复自由状态为止1。

2.2 在发动机单体试验过程中的模拟方案

2.2.1 基本原理

结合整车液压助力转向系统的硬件组成及原理 (图1) , 通过重新布置部分整车系统组件、设计新增部分必要部件、新增控制系统的方式设计出了机械式液压助力转向泵的模拟加载系统, 以实现机械式液压助力转向泵功率输出和控制, 同时该模拟加载系统也具备机械式液压助力转向泵输出油压和油温精确控制的功能, 其基本模拟原理如下图2、模拟系统实物示意如下图3所示。

在图2、图3中:13.低压伺服系统 (伺服电机+伺服驱动器+驱动电源) , 14.行星齿轮减速器, 15.转向控制阀, 16.动力缸活塞, 17.转向动力缸, 18.行程限位系统, 19.拉压力传感器, 20.弹簧机构, 21.阻力弹簧, 22.液压油温控系统, 23.液压油壶, 24.机械式液压助力转向泵, 25.油压传感器, 26.油温传感器, 27.油温信号线, 28.油压信号线, 29.伺服电机信号线, 30.控制单元, 31.拉压力传感器信号线, 32.行程限位信号线, 33.转向横拉杆。

机械原理介绍:如图2和图3所示, 由低压伺服系统 (伺服电机+伺服驱动器+24V驱动电源) 13和行星齿轮减速器14来模拟驾驶人员转向动作, 通过万向节上的花键驱动转向轴以及扭杆, 由扭杆变形力引发转向控制阀15内部油腔变化, 在转向动力缸活塞16两侧形成油压差, 驱动转向轴转动以及转向横拉杆33向左移动 (如图2) , 转向横拉杆33左移时带动弹簧机构20内的阻力弹簧21进行拉伸, 产生弹簧拉力 (用于模拟整车转向阻力) , 当低压伺服系统13达到设定角度位置 (伺服电机转角由相应传感器测量并反馈至控制单元) 时, 伺服电机停止转动, 动力缸活塞16两侧油压差与弹簧拉力形成平衡, 液压助力转向泵输出油压 (即输出功率) 保持恒定。其中:弹簧拉力由转向横拉杆33与弹簧机构20之间的拉压力传感器19测出并保存、输出至控制单元30中;为保证伺服电机运动范围不超出弹簧以及电机本身的极限位置, 在转向动力缸17和拉压力传感器19之间的转向横拉杆33上安装有一套行程限位系统18, 在转向横拉杆33左、右运动的两端极限位置各布置一个触点, 转向横拉杆33本身有一个触点 (如图2) , 当两个触点接触时伺服电机即停止动作。另外, 为保证液压油内部的气体在高压下顺利排出本模拟系统, 在机械式液压助力转向泵24与液压油温控系统22之间设置了一个液压油壶23, 该液压油壶23具备放气和稳压的功能;其次, 由于机械式液压助力转向泵24的持续功率输出以及弹簧弹力的作用, 能量转化过程会使液压油温持续上升, 本模拟系统在液压助力转向泵24和转向控制阀15之间的低压回油管路上配备了一套液压油温控系统22, 液压油温控系统22可实现液压油的温度设定和温度控制功能。

控制原理介绍:该机械式液压助力转向泵的整车状态模拟系统包含一套控制系统, 主要包括控制单元以及相应的控制软件, 控制单元通过采集所需的传感器信号并加以处理, 形成相应的控制信号发送至低压伺服系统, 实现对液压助力转向泵转角的控制, 依此来间接控制弹簧弹力大小以及助力泵输出油压大小。控制系统具备以下的功能特点:⑴控制系统具备自动和手动控制低压伺服系统的功能, 主要为伺服电机的转动、停止功能, 控制系统可接受并处理伺服电机转角信号, 并以此转角信号作为伺服电机的控制信号;⑵控制系统能够接收油压传感器、油温传感器、行程限位传感器、拉压力传感器、伺服电机等的反馈信号, 用于记录动转泵输出油压、记录并调节油温、限定转向横拉杆极限位置、记录阻力弹簧弹力、记录伺服系统转角及控制伺服系统动作;⑶控制系统具备各参数的报警设置功能, 如:油压报警、油温报警、弹簧弹力报警、伺服电机异常报警、行程开关触电报警等;⑷控制系统具备自动控制循环编制并运行的功能, 以实现机械式液压助力转向泵的不同时间节点、不同输出功率、不同运行时间的自动模拟加载控制。⑸控制系统具备各参数的存储、实时数据及曲线显示、数据回放、数据导出等功能。⑹控制单元也具备一定的功能扩展功能, 如后期与发动机试验台架的通讯、同步联动等。

2.2.2 伺服系统及阻力弹簧选型计算

(1) 阻力弹簧选型

阻力弹簧作为模拟整车转向阻力的部件, 其选型较简单, 仅需:最大弹簧拉力Fmax≥最大整车阻力fmax。但考虑到弹簧的特性, 最好对弹簧的选型预留一部分余量, 在此选取Fmax≥ (1+10%) fmax。

(2) 直流伺服系统选型

直流伺服系统的选型主要为伺服电机型号 (额定扭矩、额定转速) 、减速机减速比的选型:1) 减速机的减速比尽量选大, 使得减速机的输出扭矩和输出转速尽量减小。

2) 伺服电机主要考虑电机额定扭矩T额定和额定转速n额定, 在确定减速机减速比i减速比、减速机转速n减速机、最大方向盘转向力F方向盘max、方向盘半径R方向盘之后, 电机额定扭矩T额定和额定转速n额定计算过程如下:

3、动转泵输出油压控制方式的计算

动转泵输出油压P输出与伺服电机角度∂之间的关系计算如下:

控制方式:由以上计算结果可以看出动转泵输出油压P输出与伺服电机角度∂之间为正比关系, 这样就可以用伺服电机转向角度作为输入参数, 来较精确地控制动转泵的输出油压值2。

4、应用效果举例

本文提到的方案应用到某一发动机机型, 该机型在整车上为机械式液压助力转向系统, 在同一发动机转速下, 输入不同的伺服电机转角, 所测得的助力转向泵输出油压值如下图4所示:

由上图:一方面可看出助力转向泵已经实现油压的输出 (即处于带载状态) , 且输出油压随伺服电机转向角度的增加而不断递增, 即已实现助力转向泵输出油压大小的控制;另一方面可看出该方案的控制方式效果较为良好, 助力转向泵输出油压和伺服电机转角线性较好。

5、结论

本文针对机械式液压助力转向泵在发动机试验过程中模拟整车运行状态的试验需求, 提出了一套能够满足该需求的模拟系统, 并对模拟系统的设计方案、基本原理以及实施效果等进行了介绍。

本文提出的模拟系统可以在发动机单体试验过程中较为准确的控制助力转向泵的输出油压 (即输出功率) , 从而实现助力转向泵模拟整车带载状态的目标, 且采用的伺服系统、各传感器、各执行器的测量控制精度均较高, 使得本模拟系统具有较高的控制精度;另外, 本模拟系统主要的执行单元仅为一套伺服系统, 控制方式简单、精确;最后, 本文提到的模拟方案是在整车助力转向系统的硬件基础上加以丰富、改进、新增其它组件的方式来实现的, 故更能准确地模拟实际的整车助力转向系统的特点。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造 (第3版) [M].北京:人民交通出版社, 2000.

液压转向泵损伤原因及防治措施篇2

汽车助力转向泵是汽车转向助力系统的动力源, 也是转向系统的心脏部分, 主要作用是将发动机输入的机械能转化为液压能向外输出, 其性能对于动力转向系统的正常运行具有极其重要的作用, 直接影响到汽车的转向和操纵稳定性。转向泵运行过程中发生损伤, 产生的损伤直接影响转向系统使用性能及汽车行驶安全性, 因此对转向泵损伤产生的原因进行研究, 具有极其重要的意义。本文分析了转向泵设计和生产过程中易导致其产生损伤的因素, 并提出相应的防治措施。

1 转向泵结构及工作原理

本文主要针对使用广泛的双作用叶片式转向泵进行研究与分析。双作用叶片式转向泵结构主要由定子、转子、叶片、溢流阀、配油盘、泵体及后盖组成。定子与泵体固定在一起, 内表面是由两段半径为R的大圆弧和两段半径为r的小圆弧及四段过渡曲线组成。配油盘的四个吸、排油窗口与定子的四段过渡曲线相对应。转子与定子中心重合, 转子上有叶片槽, 槽内装有叶片可自由滑动伸缩。其结构如图1所示。

转向泵转子在发动机的带动下以一定的转速旋转, 叶片在离心力作用下伸出并顶在定子内表面上, 当叶片由小半径向大半径移动时, 两叶片间密封容腔容积逐渐增大, 由于产生局部真空, 使油液在大气压作用下, 通过吸油窗口从油箱吸入泵内, 而当从大半径向小半径移动时, 叶片后缩, 容积逐渐减小, 油压上升, 将油从压油窗口排出, 泵连续转动, 能够重复吸入低压油、输出高压油, 可持续提供油液动力源。

2 转向泵损伤的原因

转向泵的损伤包括:泵体机械回转部分摩擦损伤、泵内零件出现疲劳损坏、泵内零件冲击损坏。

2.1 泵体机械回转部分摩擦损伤

叶片泵机械回转部分在结构设计、制造和安装等环节中, 在均会产生一定误差造成偏心, 各种零件, 尤其是轴承、配流盘、定子、转子、叶片等表面粗糙度、形状公差等制造精度, 引起叶片泵机械回转部分运动不稳定, 产生碰撞摩擦, 加速泵体零件的损坏。

配油盘是转向泵的另一重要部件, 在装配时, 配油盘与转子、定子留有微小间隙。在实际工作过程中, 由于转子的轴向窜动产生两零件间相互摩擦势必造成配油盘内表面和孔径部分的磨损, 配油盘的端面磨损会造成叶片泵内高压区与低压区相通使转向泵内泄增加, 造成压力损失, 容积效率降低;同时产生较多热量, 使得油温升高, 密封件老化失效缩短泵的使用寿命, 磨损较严重时将导致液压系统不能工作。

2.2 泵内零件出现疲劳损坏

在设计和生产过程中, 泵体结构不合理设计, 会导致叶片泵本体振动, 并有可能激发转向系统其他元件发生振动, 产生共振, 加速泵体零件的疲劳损伤;转向泵工作过程中, 零件材质强度和刚度的不协调, 热处理不当, 导致个别受力部件的强度不够, 超过其疲劳强度而损坏;轴承精度等级和形状误差, 尤其滚子精度达不到设计要求, 会造成轴承在高速旋转过程中发生剧烈震动, 导致轴承零件疲劳破坏。

2.3 泵内零件冲击损坏

2.3.1 气蚀

气蚀是引起液压泵损坏的一个重要原因。液压泵工作时, 随外界状况和工作条件的变化, 吸油高度、吸油速度和管路中的压力损失变化, 其进油口压力产生变化, 当压力低于空气分离压力时, 溶解于液压油中的空气就被分离出来, 以气泡的形式存在于液体中, 在油中占据一定的空间, 使油液变得不连续, 这种现象称为气穴现象。气穴发生后, 气泡随着液流进人高压区, 并被急剧破坏或缩小, 而原来所占据的空间形成了真空。四周液体质点以极大的速度冲向真空区域, 产生局部液压冲击, 将质点的动能忽然变成压力能和热能。当这种液体冲击发生在液体边壁上时, 会加剧金属氧化腐蚀, 使金属零件表面逐步形成麻点。严重时, 会使表面脱落、出现小坑, 这种现象称为气蚀。

2.3.2 叶片与定子撞击

叶片泵工作时由于周期性的压力切换引起的定子与转子的径向振动;定子曲线的形状特性会对叶片的产生一个周期性变化的作用力而产生的振动;转子高速旋转过程中叶片与定子的摩擦以及两者之间由于存在叶片脱空而引起的碰撞冲击。定子内表面在叶片的冲击载荷作用, 在定子内曲面上出现周期性的轴向凸起或凹陷条纹, 形成“波浪形磨损”。

3 转向泵损伤防治措施

3.1 提高零件制造安装精度

提高加工精度, 如对部件摩擦表面进行激光微精处理;在安装过程中, 使用精密测试工具, 提高装配精度, 如联轴器必须校准安装同轴度, 将回转件的不平衡影响降到最小;施加精准的连接预紧力, 避免过紧或过松产生的干摩擦和机械碰撞。叶片泵及吸油管路必须严格密封, 尽量减少管接头数量, 防止吸空。

3.2 选用新型高强度材料

选用新型质轻高强材料, 生产具有良好耐磨性的零件, 改进零件的摩擦性能, 提高高磨损零件的使用寿命, 如选用铝合金这种质轻的材料制作成具有轻型化以及良好耐磨性的新型配油盘等;在回转体表面涂了特殊材料, 降低摩擦阻力, 如在配油盘工作表面上设计了一层厚度为70至100微米的刚玉膜, 根据系统工作过程中转子和叶片的不同材料, 使膜的硬度作出相应的调整, 使系统在不同工况下得到不同的摩擦副, 大大改进了配油盘的摩擦性能。

3.3 优化泵体结构设计

3.3.1 以应力-强度干涉模型为基础, 给出适应于转向泵部件可靠性设计的基本数学模型。

从疲劳和磨损两方面入手, 加强部件可靠性设计, 应用零件疲劳强度的常规设计方法, 分析液压泵摩擦副耐磨可靠性设计问题;通过实验室实验及数值模拟实验确定合理的配油盘工作面上各腰槽的分段角度以及阻尼槽的几何尺寸。

3.3.2 对定子曲线的优化设计, 通过大圆弧段预压缩抑制叶片泵的瞬时高压回流;

比例减压, 对定曲线的径向加速度加以限制, 将输出的高压油通过减压阀按一定比例减压后再送回到叶片根部, 控制叶片顶部与定子内表面的接触压力;定子内曲线的改进, 定子曲线相应各点矢径的变化速度之和保持为常数, 使输出流量的脉动就为零;叶片数与定子内表面适当匹配后, 可使流量脉动减小, 降低噪声, 因而必须选择合理的叶片数。叶片顶部形状合理设计, 可提高油膜承载能力, 降低定子内表面的磨损, 提高泵的自吸能力。

3.4 降低转向泵振动

优化油泵的结构设计可以消除一些机械冲击和压力冲击, 但很难消除由机和空间变化的不均匀造成的压力脉动, 利用合适的强度和刚度安装基础, 并采取隔振措施, 改善安装条件来消除泵体振动, 避免引起转向系统其它部件产生共振。

4 结束语

4.1 转向泵部件损伤产生机理有待进一步研究。造成叶片泵部件损伤的因素很多, 各个部件损伤状况也不相同, 有待于进一步深入研究。

4.2 寻找降低转向泵降低新途径, 使用先进的高强度材料, 对泵体结构进行优化设计, 优化定子曲线, 提高安装精度等, 减小转向泵的损伤产生。

4.3 进一步建立机械振动与结构、强度、材料, 以及流体噪声与结构等关系理论, 降低泵体机械振动, 减小部件振动损伤。

4.4 对振动传播路径建立理论模型, 建立泵体、管路及溢流阀等之间的数学关系式, 避免转向系统各部件之间产生共振。

摘要：汽车液压转向泵是液压助力转向系统的关键部件, 直接影响汽车行驶过程中的安全性, 文章分析了液压转向泵设计及加工过程中易导致转向泵出现损伤和破坏的因素, 并提出了相应的防治措施。

关键词：转向泵,损伤,防治措施

参考文献

[1]张继青.汽车转向助力泵的关键问题研究[D].吉林大学, 2011.

[2]伍利群, 杨益梅.液压系统振动与噪声的原因分析[J].机械研究与应用, 2006, 19 (5) :15-16.

[3]张宏武.叶片泵改进的研究[J].液压与气动[J], 2010, 8:83-85.

液压助力转向泵篇3

汽车转向器是影响汽车主动安全性和操纵稳定性的重要部件。20世纪70年代, 齿轮齿条式转向器在轻型车上开始推广使用。由于电控液压助力转向系统不仅能保证汽车低速行驶时驾驶员转向的轻便性, 还可以保证高速时有一定的路感, 从而提高汽车行驶的安全性和操纵的稳定性, 节约了发动机的能量, 提高了燃油的经济性, 有利于环境保护。与传统的液压动力转向系统相比, 电控液压助力转向系统可以实时调节助力, 所以, 在美国、日本和欧洲等地, 轿车上基本都安装了电控助力转向系统。

EHPS系统除了具备传统的HPS的优势外, 还有以下3个优点: (1) 实时调节助力。在原地转向或汽车低速行驶时, 液压泵仍然能提供比较大的转向助力, 以保证汽车转向的轻便性;汽车在高速行驶时, 则提供比较小的转向助力, 保证汽车高速时的转向路感, 从而协调转向轻便性与路感之间的矛盾。 (2) 降低发动机能耗, 节约能源。根据不同的行驶工况, EHPS系统可以调节电机的转速, 控制液压泵的流量, 开式电控液压助力转向系统在非转向工况下, 电机低速运转, 大大降低了发动机的能量消耗;闭式电控液压助力转向系统在非转向工况下, 靠蓄能器供油, 不消耗能量。 (3) 控制器具有可编程性。通过控制器软件的控制程序改变助力, 使汽车具有良好的转向助力特性和转向路感。

2 EHPS的结构

该系统设计的电控液压助力转向系统 (EHPS) 的工作结构如图1所示。其主要包括车速传感器、转矩传感器、电子控制单元 (ECU) 、无刷直流电动机、转向盘、扭杆、转向柱、齿轮齿条转向器、转阀、液压管路、助力液压缸、转向油泵、压力限制阀和储油罐等。

3 EHPS的工作原理

EHPS系统工作原理是:电子控制单元 (ECU) 实时根据车速传感器和转矩传感器等的信号计算出合适的电机转速, 并通过PID控制器调节电机达到合适的转速, 进而驱动转向油泵为系统供油。转向油泵将高压油从出油孔泵出, 经过出油管进入转向阀, 当有转向操作时, 转阀利用阀芯与阀套的相对运动控制高压油进入转向助力缸的一侧, 使转向助力缸左右两缸两侧产生压力差, 从而产生助力, 推动活塞向压力比较小的液压缸运动, 另一侧液压缸的低压油流入储油罐。同时, 液压助力缸活塞运动产生适当的助力带动齿轮齿条式转向器的传动装置运动, 帮助汽车车轮转向。当无转向操作时, 高压油不进入液压助力油缸, 会直接被压出来流入储油罐。

4 EHPS的特点

电控液压助力转向系统是由独立于发动机的无刷直流电动机驱动液压泵工作供油的, 并且可以根据转向需求实时调节转向助力, 使汽车具有良好的转向特性。在汽车原地转向或者低速行驶时, 电机转速的提高为驱动液压泵提供了比较大的供油量, 而在汽车高速行驶时, 电机转速降低, 液压泵供油量降低, 即当汽车在原地转向或者低速行驶时, 驾驶员需要提供比较大的转向助力转向, 以解决汽车低速转向轻便性的问题;当汽车高速行驶转向时, 助力要偏小, 这样, 不仅优化了转向的操纵特性, 还克服了转向“发飘"的感觉, 使驾驶员操纵时有显著的“路感", 从而保证汽车高速行驶时的安全感和稳定性, 降低发动机的油耗。因此, 电控液压助力转向系统不但满足了汽车转向时对转向系统的要求, 又达到了节能的目的。

综上所述, 电控液压助力转向系统具有以下特点: (1) 按照国家节能减排的要求, EHPS的性能、价格比较高, 完全符合机电液一体化的发展方向。 (2) EHPS是在传统的液压助力转向系统基础上, 增加了电机和电子控制器改动而成的, 以前的系统可以利用, 不需要有较大的改动。同时, 可以将电动机、液压泵、储油罐、溢流阀和电子控制单元 (ECU) 等集成在一起, 构成结构紧凑、占用空间小、便于安装的电动液压泵。 (3) 相对传统的液压助力转向系统, EHPS可以实时调节助力, 节省发动机能耗;相对于电动助力转向系统, EHPS手感好, 提供的转向助力比较平滑, 而且比较大。 (4) 采用电机代替发动机驱动转向油泵, 实时控制液压泵流量, 只在转向需要时提供液压助力, 降低了发动机的消耗, 有效提高了燃油的经济性。根据相关文献可知, 其最多能节约85%的能源。 (5) EHPS可以通过软件编程进行优化, 实时控制助力的变化, 有效改善了汽车转向特性和操纵稳定性, 提高了驾驶员的安全性和舒适性, 协调了低速时转向轻便于高速时转向路感之间的矛盾。

摘要：电控液压助力转向系统采用电机驱动转向油泵工作, 可以实时调节助力, 不但节省转向燃油消耗, 还解决了低速转向轻便性与高速转向路感之间的矛盾。简要介绍了EHPS的国内外发展现状及其主要特点, 以期为相关工作提供参考和借鉴。

关键词：EHPS,电控液压助力转向系统,转速,路感

参考文献

[1]耿国庆, 苗立东, 李强.电动液压助力转向系统设计方法[J].农机化研究, 2006 (06) :207-209.

[2]石培吉, 施国标, 林逸, 等.电控液压动力转向系统匹配及控制策略分析[J].拖拉机与农用运输车, 2009 (02) :14-20.

[3]李宏伟.电动液压助力转向系统数字化控制研究[D].天津:天津大学, 2006.

液压助力转向泵篇4

关键词：电动,液压助力转向,系统

1 转向系统概述

随着工业技术的发展, 汽车技术也与时俱进。转向系统作为汽车重要的零部件, 从纯机械手动驱动到动力液压驱动和电子控制液压驱动, 再到电动助力机械驱动。助力转向性能日益提高, 满足了消费者追求安全、舒适、轻便的驾驶需求。但现阶段由于EHPS技术成熟, 成本比EPS低, 较HPS有更优越的转向感和节能环保, 现阶段EHPS具备较大的市场潜力。

1.1 机械式转向 (MS)

机械式转向系统采用纯粹的机械解决方案。为了产生足够大的转向扭矩, 方向盘转动的圈数较多, 方向盘直径也较大, 占用驾驶空间, 驾驶员负担较重。无需消耗发动机动力, 路感最好, 但是路面冲击较大, 驾驶员的负担较重。目前, 只在A0级轿车及微型商用车上应用。

1.2 液压助力转向 (HPS)

为了减轻驾驶者的劳动强度, 在机械转向系统基础上增加液压加力装置而形成了液压助力转向系统 (Hydraulic Power System, 简称HPS) 。可以通过调整扭杆刚度和转向阀的曲线获得不同的助力特性。目前乘用车中大部分车型都在用。

液压转向加力装置由转向油泵、转向油管、转向储液罐以及位于转向器内部的转向控制阀及转向动力油缸等组成。转向器输入轴带动转向器内部的转向控制阀转动, 使转向动力缸产生液压作用力, 帮助驾驶员操纵转向。

液压助力转向系统减小了方向盘转动的圈数, 降低了转向操纵力, 提高了响应灵敏性。但是, 助力不随车速而变化, 高速稳定感和低速轻便性之间作折衷;发动机怠速时需输出额定流量;"常流式"系统, 不转向时, 油泵仍在工作;附加燃油消耗增大;扭杆使转向系统扭转刚度降低, 中间位置路感不明显;油泵/油罐占用部分发动机仓空间。

1.3 电控液压助力转向 (EHPS)

HPS只具有单一的助力特性曲线, 且能量消耗大, 为了克服这些缺点, 在液压助力转向系统中增加了电子控制和执行元件, 将车速信号引入到系统中, 实现了车速感应型助力特性。这类系统称为电动液压助力转向系统 (Electric Hydraulic Power System, 简称EH-PS) 。EHPS采用电动机驱动转向泵, 由于电机的转速可以调整, 从而可以降低部分能量消耗。图1是典型EHPS的助力特性曲线。

图2是电动液压助力转向的基本结构形式。转向加力装置由电动转向油泵、转向油管、转向储液罐以及位于转向器内部的转向控制阀及转向动力油缸等组成。转向器输入轴带动转向器内部的转向控制阀转动, 使转向动力缸产生液压作用力, 根据不同的车速提供不同的助力, 帮助驾驶员操纵转向。

1、转向管柱;2、动力转向机;3、转向油罐;4、转向管路;5、电液转向泵

EHPS系统通过ECU控制电机转速来带动电液泵工作, 可以根据转向需求提供多条助力特性曲线, 实现了随速助力功能, 改变传统液压助力转向系统单一助力特性, 改善驾驶操纵性能, 使助力平滑, 手感好, 解决传统转向系统中存在的方向盘摆振问题;通过将转向泵与发动机的分离, 解决转向泵一直处于运转状态, 能量损失严重的问题, 降低能量消耗、保护环境;可以利用现有液压动力转向系统的基础上改进, 借助控制技术兼顾液压助力和电动助力两者的优点, 有利于底盘电子控制方面的集成。

1.4 电动助力转向

在机械转向系统的基础上, 增加电动机、控制器和减速机构等相关零件, 依靠电动机提供辅助转向扭矩的动力转向系统, 成为电动助力转向系统 (Electric Power System, 简称EPS) 。

2 EHPS系统的应用现状

EHPS从控制方式可以分为以下几种类型:

其中, 第 (1) 种和第 (2) 种类型是EHPS发展初期的控制方式, 主要的控制目标都是将系统中的动力泄荷掉一部分以实现高速时减小助力, 但这样做的弊病就是浪费了动力, 不利于车辆省油, 而且, 还有急转弯反应迟钝的缺点, 需要安装特别装置才能解决, 现在已很少采用。第 (3) 种油压反馈控制式现在使用的比较普遍, 其根据车速传感器, 控制反力室油压, 改变压力油的输入、输出的增益幅度以控制操舵力。操舵力的变化量, 按照控制的反馈压力, 在油压反馈机构的容量范围内可任意给出, 急转弯也没问题。代表车型:马自达2、马自达3、凯旋、世嘉、307、C5、蒙迪欧致胜、福克斯。第 (4) 种阀特性控制式是根据车速控制电磁阀, 直接改变动力转向控制阀的油压增益 (阀灵敏度) 以控制油压的新方法。这种控制方式使来自油泵的供给流量没有浪费, 结构简单, 部件少、价格便宜, 有较大的选择操舵力的自由度, 可获得自然的操舵感和最佳的操舵特性。阀结构简单, 在传统的液力转向系统上不须做太多的改动就可实现。代表车型:新君威、新君越、凯迪拉克、宝马、奔驰、保时捷、法拉利、阿斯顿·马丁、布加迪威龙。

3 EHPS电机结构及工作原理

电机由含7块永磁体的外置转子和12股绕组的定子构成, 其基本结构如图3所示。

该电机含两块霍尔开关型位置传感器, 为ECU提供正确的位置信号以便换向。两路传感器的输出信号间隔90°电角度, 由于电机含7块永磁体分布在一周, 故根据计算, 电机每转过90°/7的机械角度, 两路霍尔信号改变一次状态字。四相绕组对应四种霍尔状态, 每一相在正确的霍尔状态下导通, 电机就能够正常运转。

电机四相绕组按霍尔位置传感器状态逐次导通, 其导通顺序为:A-C-B-D。如图4所示:当A相导通时, 通过与A相绕组并绕的B相绕组续流, A相绕组的反电动势经同名端于B相绕组产生相应反电动势, 当该反电动势大于电机电源电压12伏后电流经B相绕组的二极管续流。A相关断后C相开始导通, 随后为B相和D相, 其原理与A相类似。图中AB两相共用一个检测电阻, CD两相共用一个检测电阻, 检测电阻值约10毫欧。

4 EHPS发展前景

1989年, 欧洲公司首先在液压动力汽车中使用电子单元作为第一代EHPS系统。由于人们对EHPS系统节能的要求日益强烈, 到了90年代, 该系统发展到第二代, 一个独立的电子控制单元 (ECU) 首次产生, 该系统对电机的速度进行控制, 当没有转动方向盘时, 减少液压油流量, 从而降低能耗。随着电子控制技术的发展, 有KOYO、TRW推出了第三代EHPS系统, 该系统集成了ECU与无刷电机, 提高了电机的效率, 并根据转向角速度传感器和车速传感器的信号, 对电机速度的控制更加精确, 进一步降低了能耗, 同时在转向轻便性和路感方面能够很好的调和。通用的"MAGNASTEER磁力辅助转向系统"通过智能电磁控制来调节辅助力大小的技术, 为传统的机械液压助力转向系统带来革命性的突破。磁力辅助转向可以通过对车速和方向盘操控速度的监测, 自动调节助力的大小, 转向助力效果有了60%以上的提升。电动助力转向系统 (EPS) 虽然和磁力辅助一样, 能在不同车速下提供不同的助力特性, 但磁力辅助系统没有抛弃齿轮齿条式的机械转向机构, 所以其呈现的弯道循迹性, 以及清晰的路感却是完全数字虚拟的电动助力转向系统 (EPS) 所无法比拟的。并且磁力辅助转向可变范围相比电动助力转向系统 (EPS) 电子阻力要更宽广一些, 使得中低速以及高速状态下, 阻力变化平稳有序。正因为有这套助力转向系统, 使得新君威随速可变转向特性 (就是方向盘随着速度的变化, 转向力道也发生变化) 在中级车中表现的最明显, 方向盘在低速时轻盈灵敏, 高速时异常稳健厚重、给人很强的安全感。

5 结束语

综上所述, 电液助力转向系统具有优良的操纵轻便性和稳定性, 助力特性随汽车行驶速度的变化而变化, 是EHSP的最大优点。随着EHPS关键技术的发展, EHPS的性能将更加完善。同时, EHPS与电磁系统结合, 可以提高整车的操纵稳定性, 是汽车底盘电子技术的发展趋势。

参考文献

[1]周名, 余卓平, 赵治国.电控液压助力转向系统机理研究[J]交通科技与经济2005 (1)

[2]黄勇, 陈全世, 仇斌, 陈伏虎.电动汽车电动液压动力转向系统的控制[J]公路交通科技2005 (10)

[3]朱忠明电动液压助力转向系统分析与控制器设计学位论文2010

[4]陈勇, 何仁.电动液压助力转向系统仿真与试验研究液压与气动2009 (10)

[5]解后循, 高翔.电控/电动液压助力转向控制技术研究现状与展望农业机械学报2007

液压助力转向泵篇5

电控液压助力转向系统采用无刷直流电机代替发动机直接驱动转向油泵供油, 再通过控制转阀的面积, 控制转向助力缸的液压油的压力, 进而调节系统的助力。当电子控制单元 (ECU) 接收转向盘转矩和车速两个信号信号后, 按照第二章设计的助力特性曲线的助力算法, 来确定电机的目标转速, 进而通过电机的转速、电流双闭环PID控制器系统调节电机的输出转矩, 从而进一步确定目标转矩。

2 PID控制器的算法

经典的PID控制器在生产工程中是最常用、最简单的控制方法, 系统由被控对象和模拟PID控制器组成, 其控制原理是将目标偏差的比例 (P) 、微分 (D) 和积分 (I) 通过线性组合运算构成目标控制信号, 然后通过现场的反复试验和调试, 使系统满足课题的设计指标。由于PID控制器不考虑实际模型性能的变化, 所以不必要算出被控对象的准备的数学模型, 因此本课题中采用PID控制器实施控制电机转速的大小。

如图1所示为经典的PID控制原理图。PID控制原理简单、实现方便、鲁棒稳定性强、技术成熟、适用范围广, 并且PID控制器的转速和电流的反馈控制可以保证被控对象的准备精度, 通过被控对象的当前实际值和理论值的比较, 把二者的偏差输入到控制系统, 重新得到一个新的控制量, 从而减小了被控对象的控制误差。但是PID控制器存在一个很大的缺点:控制器的比例、积分、微分参数需要反复不断的进行试验调节, 而且在很大程度上依据经验值, 很难确定。

PID控制器的系统输入值rin (t) 与实际输出值yout (t) 在t时刻的偏差值可以表示为:

在模拟控制系统中, 其控制原理可以表示为:

PID控制器的传递函数的可以表示为:

式中:kp-比例系数;

T2-微分时间系数

T1-积分时间系数;

当确定好控制对象的数学模型后, 然后确定好比例参数Kp、积分参数Ki、微分参数Kd, PID控制器就可以立即对控制对象进行精确的控制。确定PID控制器三个参数的方法包括:临界灵敏度法、Ziegler-Nichols经验公式法、基于增益优化的整定法、性能指标设定法、基于总和时间常数的整定法、ISTE最优设定法等。其中普遍采用Ziegler-Nichols经验公式法。

Ziegler-Nichols经验公式法确定PID控制器三个参数的方法:首先假设微分Kd=0, 然后通过改变比列参数Kp直到系统开始振荡, 并且记录下次临界状态的Kp值是Kcr, 其振荡周期是Tcr。

3 无刷直流电机的控制

本文中转速作外环、电流作内环的双闭环系统的PID控制调节无刷直流电机的转速。转速、电流的双闭环PID控制系统需要分别检测电机的转速、电流分别作为反馈量, 与预先设定的值进行比较构成控制信号。采用串联方式将电流环和速度环连接, 外环为速度环, 内环为电流环, 电流调节器的输入为速度调节器的输出。一方面由于电磁时间常数比较小, 系统的响应速度比较快, 将内环设置为电流环可以改善系统的调节速度, 从而提高系统的动态性能;另一方面电流内环可以进一步控制电机的电流, 提高了电机的抗扰动能力起动能力和抗负载能力。

整个转速、电流双闭环电机调速系统的控制策略可以分为两层:第一, 无刷直流电机实际转速通过调节转速PID控制器的三大参数与电机的目标转速保持一致;第二层, 电机实际电流通过调节电流PID控制器的三大参数与电机的目标电流保持一致。

PID双闭环调速系统的工作特点是, 电流调节器和转速调节器是相互独立的, 而且转速调节器的输出作为电流调节器的输入, 从而通过调节速度偏差, 电流调速器随着速度偏差的改变调节电机的实际电流值。当实际的电机速度比转速给定值小时, 促使转速调节器的的积分环节作用加大, 使系统的速度输出提高, 即电流调节器的输入增加, 通过电流环调节器调节电机电流不断增加, 从而电机转矩增加, 电机转速也不断提高;当实际的电机速度比速度给定值高时, 速度调节器的输出减小, 即电流环的输入减小, 然后通过电流环调节器调节电机电流下降, 从而电机的转向不断减小。

由于PID控制器电流环的等效时间常数比较小, 当PID控制器系统受到外来的干扰时, 能够立即地作出反应, 抵制干扰的影响, 提高系统的稳定性和系统响应的抗干扰能力。并且双闭环调速系统具有“以速度调节系统的输出值作为电流调节系统的给定输入值”的特点, 对电机的逻辑功率元件起到有效的保护作用。因此, 无刷直流电机的转速、电流双闭环控制的直流调速系统得到了广泛的应用, 具有一定的价值。

4 结论

本文通过对电机的工作结构、工作原理以及PID控制器的原理、PID三大参数的确定方法的分析, 提出采用转速、电流的双闭环的调节方法控制对无刷直流电机转速。

参考文献

[1]惠晓丹.汽车电控液压助力转向系统的动力学分析和仿真[D].重庆:重庆交通大学, 2010, 4.

液压助力转向泵篇6

随着科技的发展,人们对汽车行驶的舒适性和安全性要求逐渐提高,汽车已越来越趋向于高端化、安全性方面的发展,转向系统对汽车行驶安全性起着至关重要的作用。

但是多轴转向的重型卡车当转向泵失效或发动机突然熄火时,系统液压油会形成较大的回油阻尼,增大转向阻力,使转向变得异常困难,甚至转向失控。光靠驾驶员的手力是转不动方向盘的,欧洲经济委员会第79号法令及我国GB17675也规定了汽车转向系的基本要求,对于转向失效的助力转向器都规定了其转向力和转向操作时间,这就是说当转向系统失效时,要有一套应急系统来保证汽车短时间内的助力转向,因此可实现应急转向功能的双回路液压控制转向系统应运而生。

1、双回路液压控制转向系统简介

1.1 原理

双回路液压控制转向系统是在原液压动力转向系统的基础上添加了新的功能部件,为车辆转向增加一套可自动选择的安全装置。在车辆行驶过程中,一旦发动机停车或主转向油泵出现故障,系统将自动切换到应急供油管路,从而保证转向系统正常工作,保障驾乘人员和车辆的安全。

双回路转向系统原理简图如下:

如图1所示,整车双回路液压控制转向系统包括两个三口油罐(1)、应急泵(2)、转向叶片泵(3)、应急阀(4)、方向机(5)、助力缸(6)及油管接头附件。

车辆正常行驶情况下,转向叶片泵输出油通过应急阀进入转向机,应急泵油液通过应急阀回油罐。当发动机熄火或转向叶片泵出现故障时,应急阀将应急泵油液切换到转向机,由应急泵和转向叶片泵同时为转向机供油,实现应急转向。应急泵动力来源于变速箱或分动箱,是由车轮拖动的,只要车辆在行走,车轮在转动,应急泵就可以工作,为系统提供压力油。应急泵具备双旋向工作特点,能够保证在任何情况下为转向系统提供液压助力,保证车辆正常转向。

1.2 车辆带有应急系统的功用

带有应急系统的车辆转向系统在以下状况中能正常工作:

(1)发动机熄火不能正常运转等故障时;

(2)主转向泵失效不能提供所需流量时;

(3)怠速转向流量小(此时主泵和应急泵同时供油)从而解决怠速方向沉重问题。

总之,应急转向系统在发动机和主转向系统出现任何故障时,都能保证行走车辆具备转向能力,最大程度提高车辆的安全性能。

2、双回路液压助力转向系统流量需求分析

2.1 主泵流量分析

当主泵正常工作时,应急泵不参与方向机流量供应,动转泵控制流量计算如下:

对于双前桥转向的汽车,转向系统存在转向助力缸,所以计算增加转向助力缸需求流量,双前桥转向系统的简图如下:

Fasist——助力缸输出力,N

V——转向助力缸推进速度,mm/s