电子液压助力转向系统

关键词： 助力 液压 转向 系统

电子液压助力转向系统（精选八篇）

电子液压助力转向系统 篇1

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.

电子液压助力转向系统 篇2

上图：中航液压挂牌敲锣仪式

【冀华讯】（邵明涛）2012年5月30日上午，张家口中航液压装备股份有限公司在天津股权交易所挂牌仪式于天津泰达国际酒店隆重举行。张家口市金融办副主任田泽生、北京首航科学技术开发公司总经理王继昌、涿鹿县人民政府县长冯印涛、博盛投资控股集团股份有限公司首席顾问李英奎、中航液压董事长常继和等为挂牌仪式敲锣。河北冀华律师事务所张力、马跃彬、王爱辉律师以及保荐机构、做市商、会计师事务所的负责同志出席了此次挂牌仪式。

中航液压公司成立于2008年12月25日，位于皇帝、炎帝、蚩尤三帝融合之地--涿鹿县，注册资本3000万元，总资产1.11亿元。作为涿鹿县高端装备制造产业的龙头，为了进一步拓展融资渠道，打造全国产业龙头，该公司自2010年即开始谋划股权上市挂牌事宜，于2012年3月31日与河北冀华律师事务所签订专项法律服务合同。冀华所接受委托后，由高级合伙人张力、马跃彬以及王爱辉律师组成专项法律服务组承办该项目，项目组凭借多年积累的在 1

主板上市资历以及丰富的公司治理与投融资法律实务操作经验，与保荐人、做市商及会计师等中介机构密切合作，对该企业做了充分的尽职调查，为该企业改制重组、定向私募、挂牌交易、专家聆询等提供全方位的法律服务。该挂牌上市项目于4月24日通过了天交所组织的专家会审，准予股权上市挂牌交易。冀华所律师的工作水平和工作热情得到企业以及天交所的充分肯定和褒扬。

中航液压公司的股权名称确定为“中航液压”，股权代码为813005。上市当日，第一笔交易发行价为3.01元，共交易15.4万股，交易金额47万元。目前作市商已注入资金231万元，合股份77万股。与中航液压同日挂牌的还有湖南“奥莎电梯”、湖南“三湘菌业”、安徽“迎客松”、福建“均利石材”、福建“海石景观”等五家企业。至此，天交所市场累计挂牌企业数量已达161家，总市值超169亿元。

中航液压项目开创了张家口市企业在OTC市场股权融资的先河，也是冀华所继联合盛鑫之后成功承办的第二家在天交所挂牌企业。河北省法学会理事、冀华所高级合伙人张力律师表示，今后几年，冀华所将继续致力于OTC市场法律业务研究，加强与天交所等资本市场平台的合作，为我省多层次资本市场建设提供优质高效的法律服务。

上图：出席挂牌仪式的各机构人员合影

电子液压助力转向系统 篇3

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

电子液压助力转向系统 篇4

为了提高汽车的转向操纵性能,现代汽车已普遍安装各类助力转向系统,其中齿轮齿条式液压助力转向系统在轿车和轻型货车上被广为采用。

转向系统刚度会改变车辆前轮的侧偏刚度,进而影响汽车的不足转向度,另外对车辆的转向灵敏性和轻便性也会产生影响[1,2]。路感特性是驾驶员在进行转向动作时,通过转向系统获得对路面状况和阻力变化的直接感觉[3]。由于液压助力的采用,转向系统刚度和路感特性会产生相应的改变。

根据齿轮齿条式液压助力转向系统的实际结构,建立了考虑转向立柱弹性和扭力杆弹性的转向系统模型,对转向系统刚度和路感特性进行分析,找出二者与液压助力的关系。

1齿轮齿条式助力转向系统结构

图1是简化的齿轮齿条式液压助力转向系统方向盘输入转角(力矩)通过转向立柱和扭力杆传给转向小齿轮,转向小齿轮与转向齿条啮合将输入信息传给转向齿条;同时由于扭力杆的变形α带动液压控制阀的变化,在齿条助力油缸两端产生压力差P产生转向助力。

1—转向盘,2—转向立柱,3—扭力杆,4—转向齿条, 5—转向小齿轮,6—齿条助力油缸

1.1 齿条输出力分析

齿条的输出力F一部分来自驾驶员的力矩输入,一部分来自助力。

$F=\frac{{\rm T}}{r}+{\rm P}\cdot A(1)$

F:齿条输出力;

T:方向盘输入力矩;

r:小齿轮半径;

P:助力压力差;

A:助力油缸活塞面积。

1.2 齿条位移分析

齿条的理想位移d是方向盘输入角θin在不考虑转向系统弹性的情况下产生的齿条位移,但实际上转向系统由于转向立柱和扭力杆的存在,必然会产生相应的弹性变形角θ,这样就使得齿条的实际位移d′与理想位移d产生差值L。

L=d-d′=θr (2)

d:齿条理想位移;

d′:齿条实际位移;

θ:转向系统总变形角;

θin:方向盘输入角;

L:齿条位移差。

2 转向系统刚度分析

转向系统刚度定义为齿条输出力与齿条由于转向系统弹性产生的位移差的关系[4]。

如图1,方向盘力矩T与转向系统弹性变形角θ有如下关系:

${\rm T}=\theta \frac{{\rm K}t\cdot {\rm K}r}{{\rm K}t+{\rm K}r}(3)$

Kt:扭力杆刚度;

Kr:转向立柱刚度。

将式(3)代入式(1),得:

$F=\frac{\theta }{r}\frac{{\rm K}t{\rm K}r}{{\rm K}t+{\rm K}r}+{\rm P}A(4)$

式(4)对θ求导,得:

$\begin{array}{l}\frac{\text{d}F}{\text{d}\theta }=\frac{1}{r}\frac{{\rm K}t{\rm K}r}{{\rm K}t+{\rm K}r}+\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}\theta }A=\\ \frac{1}{r}\frac{{\rm K}t{\rm K}r}{{\rm K}t+{\rm K}r}+\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}\alpha }\frac{\text{d}\alpha }{\text{d}\theta }=\\ \frac{1}{r}\frac{{\rm K}t\cdot {\rm K}r}{{\rm K}t+{\rm K}r}+\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}\alpha }\frac{A{\rm K}r}{{\rm K}t+{\rm K}r}(5)\end{array}$

α:扭力杆变形角;

根据式(2),得:

dL=dθ r (6)

将式(6)代入式(5),得:

$\frac{\text{d}F}{\text{d}L}=\frac{{\rm K}t{\rm K}r}{{\rm K}t+{\rm K}r}+\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}\alpha }\cdot \frac{Ar{\rm K}r}{{\rm K}t+{\rm K}r}(7)$

助力特性是助力压力随方向盘力矩的变化关系$\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}{\rm T}}$:

$\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}{\rm T}}=\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}\alpha }\frac{\text{d}\alpha }{\text{d}{\rm T}}=\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}\alpha }\frac{1}{{\rm K}t}(8)$

将式(8)代入式(7),得转向系统刚度:

$\frac{\text{d}F}{\text{d}L}=\frac{{\rm K}t{\rm K}r}{{\rm K}t+{\rm K}r}+\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}{\rm T}}\cdot \frac{Ar{\rm K}t{\rm K}r}{{\rm K}t+{\rm K}r}(9)$

转向系统刚度会随着助力特性变化率的升高而增大。如果是纯机械转向${\rm K}t=\infty ‚\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}{\rm T}}=0$则

$\frac{\text{d}F}{\text{d}L}={\rm K}r(10)$

由图3可知,由于液压助力的采用,在中心区小转角附近不施加助力的情况下,转向系统刚度小于纯机械转向系统刚度。随着助力变化率的增大,转向系统刚度会大于纯机械转向系统刚度。

图4是某车辆转向系统齿条输出力与齿条位移曲线,由该图可以看到,齿条输出力随着齿条位移差的增加而增大,斜率呈现上升趋势。这主要是由于助力特性变化率逐渐增加造成转向系统刚度增大的原因。

3 转向系统路感分析

路感的强弱通常用路感强度E来表示。其定义为:转向负载增加单位值时对应的方向盘操纵力矩的相对变化量。

对于齿轮齿条式液压动力转向系统,路感强度用下式表示[5]:

$E=\frac{\text{d}{\rm T}}{\text{d}F}(11)$

其中,T为方向盘操纵力矩,F为齿条输出力。

由式(1),得:

$\frac{\text{d}F}{\text{d}{\rm T}}=\frac{1}{r}+\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}{\rm T}}A(12)$

式(12)的倒数,即为转向系统路感:

$\frac{\text{d}{\rm T}}{\text{d}F}=\frac{r}{1+rA\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}{\rm T}}}(13)$

转向系统路感特性会随着助力特性变化率的升高而减小。如果是纯机械转向$\frac{\text{d}{\rm P}}{\text{d}{\rm T}}=0$,则

$\frac{\text{d}F}{\text{d}L}=r(14)$

图6是某车辆转向系统方向盘力矩与齿条输出力特性曲线,由该图可以看到,方向盘力矩随着齿条输出力的增加而增大,但斜率逐渐变小,增大趋势逐渐变缓。这也是助力特性变化率的影响所致。

4 具体实例分析

针对两种典型的助力特性曲线进行分析,研究不同助力曲线对转向系统刚度和路感的影响。

图7是两种典型的助力曲线,助力压力随方向盘力矩的变化关系。一般分为3个区间。Ⅰ区即直线行驶位置附近小角度转向区,该区间基本无助力。Ⅱ区属常用转向区,该区间转向助力作用明显,对整车转向性能有较大影响。Ⅲ区为最大转角区,接近于原地转向情况,此时转向阻力最大,需要施加较大的助力作用。曲线A与曲线B在Ⅰ区和Ⅲ区一致,在Ⅱ区有明显的不同,曲线B为斜率恒定的直线变化,而曲线A则为曲线变化,两者的差异对车辆转向系统刚度和路感会产生很大的影响。

4.1 不同助力特性转向刚度的变化

图8表明在车辆进入转向区后,由于曲线B是斜率恒定的直线变化,因此其转向系统刚度变化恒定,相比曲线A的刚度较大。意味着小的齿条位移差会产生大的齿条输出力,从而使驾驶员在转向时需要施加较小的力矩,从而有较好的转向轻便型。

4.2 不同助力特性转向路感的变化

图9表明在车辆进入转向区后,曲线B进入路感恒定区,路感比曲线A路感大,对于重型车辆转向,曲线B能够提供优于曲线A的路感。意味着在转向过程中保证较大齿条输出力的情况下,仍然具有较好的路感曲线A和曲线B在车辆中心区范围的低方向盘力矩驾驶区域,转向系统刚度一致,均低于转向区刚度。事实上,车辆在转向区受到的阻力较大,转向系统具有较高的刚度对于保持车辆灵敏性具有很重要的意义。在中心区路感较大,也满足车辆在该区域需要较强路感的需要[6]。

5 结论

刚度和路感是转向系统重要的特性参数,它们对车辆的操纵稳定性和驾驶员的主观评价会产生很重要的影响。通过本文分析,得出以下几点结论:

1.由于液压助力的采用,使得转向系统刚度和路感特性呈现出明显的非线性特征。

2.转向系统刚度随着助力变化率的增大而增大,齿条输出力随齿条位移差的增加而增加,斜率呈上升趋势,增加幅度不断加大。

3.转向系统路感随着助力变化率的增大而增大,意味着方向盘力矩随齿条输出力的增加而增加,斜率呈下降趋势,增加幅度不断减小。

参考文献

[1]米奇克M.汽车动力学(C卷).北京:人民教育出版社,1997

[2]郭孔辉.汽车操纵动力学,长春:吉林科学技术出版社,1991

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[5]毕大宁.汽车转阀式动力转向器的设计与应用,北京:人民交通出版社,1998

电子液压助力转向系统 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.

电子液压助力转向系统 篇6

随着液压动力转向系统在各级各类汽车上得到广泛应用,国内外许多学者对液压动力转向系统的助力性能进行了研究。毕大宁[1]与朱骏[2]分别从转向系统灵敏度特性曲线和手力特性曲线分析了系统的助力性能;Kang等[3]分析了液压动力转向系统压力和流量的振动特性;文献[4,5,6,7]研究了滑阀式动力转向系统的动态响应特性。但是,针对转阀式动力转向系统关键参数对系统助力性能影响的研究较少。在对转阀式动力转向系统进行匹配设计时,十分有必要清楚各参数对助力性能的影响及影响程度。本文参考Birsching[8]建立的转阀的二维模型,利用AMESim软件和LMS Virtual. Lab Motion软件建立了转阀式液压动力转向系统的联合仿真模型,采用正交试验分析方法,分析了系统供油量、转阀阀口尺寸及扭杆刚度对动力转向系统助力性能的影响。

1 转阀结构及工作原理简介

转阀在液压动力转向系统中控制着助力压力的大小和方向。图1a所示为六槽式转阀的截面结构,它由阀套、阀芯及扭杆组成,阀套和阀芯上均匀分布着3组进油孔、回油孔以及到转向动力缸左右腔的油孔。其中,到转向动力缸右腔的油路为阀芯孔与扭杆之间的径向间隙。阀套的内表面开有轴向盲槽,阀芯的外表面开有与阀套表面台肩相配合的槽,阀芯台肩与阀套槽在圆周方向留有预开间隙。

转阀工作时,阀芯与阀套相对转动,假设阀芯相对阀套顺时针转动,节流孔1和节流孔3的过流面积逐渐增大,节流孔2和节流孔4的过流面积逐渐减小以趋于关闭。由于转阀结构的对称性,其他进油口处的节流口工作方式相同,因此可将图1a所示的转阀表示为图1b所示的转阀模型。由图1b可以看出,该转阀由3组完全相同的惠斯通电桥式结构的油路并联而成。图1b中,带有向上箭头的节流孔表示在阀芯相对阀套顺时针转动时,过流面积逐渐增大的节流孔,带有向下箭头的节流孔表示过流面积逐渐减小的节流孔。

2 转阀式动力转向系统助力特性曲线的分析

转阀式动力转向系统的助力性能可以用转向灵敏度特性曲线表示,也可以用转向手力特性曲线表示。由于转向扭杆是线性弹簧,转向手力特性曲线中的转向手力矩大小与转向灵敏度特性曲线中的转向盘转角大小成比例关系,二者的比值即为扭杆刚度。但转向手力特性曲线包含了转向系统干摩擦力矩,即在曲线原点左右会出现一段助力压力很小的干摩擦力矩段。因此相对于转向灵敏度曲线,转向手力特性曲线表现出一定的滞后现象。

2.1转向灵敏度特性曲线

转阀工作过程中,节流孔的突然闭合会导致油压的突然升高,对转向操作不利,因此阀芯刃口上通常加工有短切口,用于减缓节流孔关闭时阀口过流面积的变化,避免系统压力出现突变,实现动力转向系统的压力变化理想控制。图2为转阀刃口示意图。

转阀结构尺寸确定后,根据薄壁小孔节流公式可以得出每个节流孔口压力随阀芯与阀套相对转角的变化关系,图1b所示的12个节流孔中,有6个节流孔的过流面积随着阀芯相对阀套的转动逐渐增大,其节流作用可忽略不计,只留下过流面积逐渐减小的节流孔,这些节流孔对转向助力起主要作用。动力转向系统供油量[8]为

$Q{}_{\text{s}}=6C{}_{\text{q}}A\sqrt{2\text{Δ}p/\rho }$ (1)

式中,Cq为流量系数;ρ为油液密度,kg/m3;A为单个阀口过流面积,m2;Δp为动力转向系统助力压力,Pa。

阀口过流面积A为[1]

式中,R为阀芯半径,mm;L1为预开间隙,mm;L2为短切口周向长度,mm;W1为预开间隙的轴向有效长度,mm;W2为短切口的轴向长度,mm;ψ为阀芯与阀套的相对转角;α1为预开间隙关闭时阀芯相对阀套转过的角度,(°);α2为短切口关闭时阀芯相对阀套转过的角度,(°)。

图3所示为某转阀的转向灵敏度曲线,其阀口预开间隙在相对转角1°左右关闭,阀口接近完全关闭时,系统助力压力可达10MPa。

2.2转向手力特性曲线

图4所示为某动力转向系统转向手力特性曲线,曲线1、3为转向盘从中间位置分别向左右两个方向转动时动力转向系统输出压力的变化曲线,曲线2、4为转向盘回程时的压力变化曲线。转向手力特性曲线分为A、B、C、D四个区间[1,2]。

(1)区间A为汽车直线行驶位置附近的助力区。区间A的宽度影响系统助力性能,过宽会造成动力转向系统助力反应不灵敏,过窄则系统助力反应过于灵敏,驾驶手感不好。区间A的横坐标范围应不小于转向系统的干摩擦力矩,否则驾驶员在进行转向操作时,在克服转向系统干摩擦阶段就会有助力产生,即稍有转向盘转动,车辆行驶路线就会产生较大偏移,车辆直线行驶能力差。

(2)区间B为车辆从直线行驶位置附近的小角度转向区向快速转向区C的过渡区域,即临界转换区。B区末端对应的助力系统压力影响车辆的急速避障能力,该值越小,避障能力越差;但是随着该值的增大,车辆中心区行驶手感变差。

(3)区间C属于常用转向区,是助力转向系统的关键区域。在区间C内,系统助力压力的增加速度和区间末端助力压力的大小对车辆的转向性能有直接影响。压力增大速度越快,助力反应越灵敏;区间末端压力越大,车辆的急速避障能力越好,但该值过大,车辆中心区中心区行驶手感变差。

(4)区间D为车辆低速行驶的大助力区,系统助力压力大小接近原地转向工况,此时的转向阻力最大,动力转向系统助力压力迅速增大以满足转向需求。

3 联合仿真模型的建立及验证

3.1联合仿真模型的建立

分析国产某车型的助力性能,在AMEsim软件中建立该车转向系统的液压模块模型,在LMS Virtual. Lab Motion软件中建立整车动力学分析模型并进行联合仿真。考虑转阀结构的对称性,取图1b中的一个分支建立仿真模型,并将各个阀口的过流面积设置为原面积的3倍,模型基本参数如表1所示。

3.2联合仿真模型验证

使用建立的模型进行转向轻便性试验和急速避障试验。车辆急速避障试验[2],即车辆以较低车速稳定行驶时,前方突然出现障碍物,驾驶员需要快速对转向盘施加较大的转角,使车辆绕过障碍物。文中的车辆以20km/h稳定行驶时,1s内给转向盘施加300°转角,分析急速避障角输入时所需要的转向盘手力矩。转向轻便性试验和急速避障试验的转向盘转角和转向手力矩曲线分别如图5、图6所示。对比仿真结果与试验结果可知,试验数据与仿真数据一致,因此该联合仿真模型能代表原车物理模型。

4 动力转向系统助力性能正交试验研究

使用建立的联合仿真模型进行正交试验,分析液压动力转向系统关键参数对助力性能的影响,并对系统关键参数做出优化。

4.1试验指标的确定

液压动力转向系统在满足转向轻便性的同时应具有一定的“路感”。本试验以QC/T 480-1999《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》中汽车转向轻便性试验综合评价计分值为转向轻便性评价指标;以路感强度即转向手力特性曲线中相当于1/4最大载荷点的斜率为“路感”的评价指标[1]。

4.2试验因素及水平的确定

液压动力转向系统助力性能影响较大的主要参数有转阀阀口尺寸、扭杆刚度及动力转向系统供油量。因此,选择的试验因素为节流口的预开间隙量、短切口周向长度、扭杆刚度及动力转向系统供油量。为研究各因素的上下波动对助力性能的影响,各因素水平均取为3。确定的正交试验条件如表2所示。

4.3试验计划的安排

根据所选因素数和确定的水平数,不考虑因素间的交互作用,选择L9(34)型正交表安排试验,具体试验计划如表3所示。

表3中的转向轻便性综合评价计分值分三步计算,先根据GB/T 6323.5-1994《汽车操纵稳定性试验方法 转向轻便性试验》中规定的算法计算出转向盘的平均操舵力和最大操舵力,再根据QC/T 480-1999《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》中的规定分别求出转向盘平均操舵力和最大操舵力的评价计分值,最后计算出转向轻便性试验的综合评价计分值。在计算各项指标评价计分值时,大于100分的分值按100分计,因此本次试验中有4组试验的转向轻便性综合评价计分值为100分。

4.4试验结果分析

对试验数据进行处理,分别计算出各因素第i水平所在试验中对应的转向轻便性综合评价计分值及路感强度值的平均值ki与极差K。试验数据的处理结果记录在表4中。

由表4可知,试验分析的4个因素对转向轻便性影响最大的是系统供油量,其次分别是扭杆刚度、短切口周向宽度,影响最小的因素为预开间隙量;对路感强度影响最大的影响因素为扭杆刚度,其次为短切口周向宽度、系统供油量,影响最小的因素为预开间隙量。

由于不同指标对应的最优方案不相同,于是采用综合平衡法[9]确定系统最终的最优方案,对于因素A、B、D均取第一水平值大小;因素C为转向轻便性指标最主要的影响因素,取水平二值C2。因此,确定方案A1B1C2D1为最后优化结果。

5 优化结果分析

改进前后的转向盘手力矩随转角变化曲线与转向手力特性曲线如图7所示,改进前后的动力转向系统参数与评价指标如表5所示,改进后的动力转向系统在进行转向轻便性试验时的最大手力矩为4.5N·m,位于ZF公司的最佳手力矩3～5N·m范围内[2]。改进后方案在保证转向轻便性的同时路感由10.766增加到28.421,系统参数得到明显优化。

6 结论

(1)对动力转系系统转向轻便性影响最大的参数为系统供油量,影响最小的参数为节流口预开间隙量;对动力转向系统路感强度影响最大的参数为扭杆刚度,影响最小的参数为节流口预开间隙量。

(2)优化后的动力转向系统最大手力矩减小,且“路感”增强,系统参数得到明显优化。

摘要：为研究转阀式液压动力转向系统的助力性能,利用AMESim软件和LMS Virtual.Lab Mo-tion软件建立了液压动力转向车辆的联合仿真模型,以转向轻便性和“路感”为评价指标进行正交试验,分析了动力转向系统供油量、转阀阀口尺寸及扭杆刚度对动力转向系统助力性能的影响。分析结果表明,对轻便性影响最大的参数为系统供油量,对“路感”影响最大的参数为扭杆刚度;正交优化后的转向系统“路感”较优化前明显增强。

关键词：动力转向,转阀,正交试验,助力性能

参考文献

[1]毕大宁.汽车转阀式动力转向器的设计与应用[M].北京:人民交通出版社,1998.

[2]朱骏.液压助力转向与整车匹配的研究[D].长春:吉林大学,2008.

[3]Kang W,Sim C,Kim J.Modeling of a HydraulicPower Steering System and Its Application to Steer-ing Damper Development[C]//2005 SAE WorldCongress&Exhibition.Detroit,2005:2005-01-1263.

[4]Wang Ruoping.Simulation of Dynamic Characteris-tics of Hydraulic Power Steering System of Vehicles[C]//14th Asia Pacific Automotive EngineeringConference.Hollywood,2007:2007-01-3654.

[5]Yuan Qinghui,Bo Xie.Modeling and Simulation of aHydraulic Steering System[C]//Commercial Vehi-cle Engineering Congress&Exhibition.Chicago,2008:2008-01-2704.

[6]Guo Xiaolin,Ji Xuewu,Liu Yahui.Study on Dynam-ic Responses of the Vehicle Handling Models with aSpeed-sensitive Hydraulic Power Steering System[C]//Commercial Vehicle Engineering Congress&Exhibition.Rosemont,2007:2007-01-4239.

[7]Wang Miao,Zhang Nong,Misra A.Sensitivity ofKey Parameters to Dynamics of Hydraulic PowerSteering Systems[C]//SAE 2005Noise and Vibra-tion Conference and Exhibition.Traverse,2005:2005-01-2389.

[8]Birsching J.Two Dimensional Modeling of a RotaryPower Steering Valve[C]//International Congressand Exposition.Detroit,1999:1999-01-0396.

电子液压助力转向系统 篇7

关键词：单兵助力,压力补偿,AMEsim,液压系统

0引言

随着单兵装备技术的发展, 单兵装备得到了不断的升级与换代, 士兵在传统枪支和弹药等基础上配备了一些新式电子信息装备, 使得士兵的负重与日俱增, 加上现代士兵经常在执行一些救援、救灾等突发任务时要求携带尽量多的救援物资, 使得现代士兵的负重在继续增大, 不断增加的负重不断地挑战士兵的体能极限。为了解决士兵负重与士兵体能间的矛盾, 穿戴式单兵助力装置被提上了议程。因为使用对象比较特殊, 单兵助力装置对驱动系统的要求比较高, 使得液压驱动成为其驱动系统的最佳选择。 对于单兵助力而言, 液压驱动系统中各支路间工作时可能存在着相互影响, 从而影响整个单兵助力装置的工作。本文针对液压驱动系统中各支路间可能存在的相互影响, 对其液压驱动系统进行研究。

1驱动系统选型

驱动系统一般主要有电机驱动、气压驱动及液压驱动三种方式。电机驱动, 对工作环境的要求比较苛刻, 其驱动组件的安装位置比较固定, 缺乏灵活性, 另外电机驱动所提供的功率比重比较小, 以上特点使得电机驱动满足不了单兵助力装备的工作要求。气压驱动, 因气体较高的压缩性使得气压驱动系统有很大的噪声, 对于单兵助力而言很大的噪声会对士兵造成伤害, 因此也难以满足单兵助力装置的要求。液压驱动, 首先其液压组件的安装比较随意不受位置的限制, 这一点可以使得单兵助力装置驱动系统的布局比较合理, 从而减少因驱动系统组件的安装位置造成的人机干涉; 其次, 液压油较小的压缩性使得驱动系统工作时比较安静, 用于单兵助力装置时可以降低噪声对士兵的干扰; 另外, 液压驱动系统工作比较稳定, 同时可以做到非常大的功率比重。鉴于液压驱动的这些优点, 选择液压驱动方式来构建单兵助力装置的驱动系统可以满足单兵助力的要求。

2液压缸布局

整个单兵助力装置包括以下四个部分:机械系统, 感知系统, 控制系统和驱动系统。当士兵穿戴着单兵助力装置负重行走时, 通过感知系统检测到的信号经控制系统处理来判断士兵的步态, 然后控制系统向驱动系统发出驱动命令, 驱动系统会执行动作, 通过机械系统将驱动力传递给穿戴者, 从而实现士兵负重行走时的及时助力。而液压缸作为驱动系统中最重要的动力转换环节, 其布局十分重要。为了减小液压缸布局对穿戴者的行走干涉, 将液压缸布局设计成如图1所示的结构。由图1可知, 整个单兵助力装置包含有四个液压缸, 每个液压缸分别对应一个支路, 则液压系统包括以下支路:左髋液压缸支路, 左膝液压缸支路, 右髋液压缸支路和右膝液压缸支路。当单兵助力装置如图1所示穿戴于士兵身上负重行走时, 左右髋关节和左右膝关节处的液压缸分别驱动相应的机械大腿和机械小腿跟随士兵一起动作, 实现士兵负重行走时的行走助力。

3微型液压系统设计

由图1可知, 单兵助力装置的左右髋关节和左右膝关节处分别布置有四个液压缸, 意味着微型液压系统要同时向四个液压缸提供能量。人在正常行走过程中每个时刻左右髋关节和左右膝关节的工作状态都不相同, 即每个液压缸的运动速度和驱动负载都不相同。一个液压泵同时供应四个速度和负载互不相同的液压支路时, 如果将液压回路设计成如图2所示的普通单泵多路系统, 四个液压支路间很可能会相互干扰, 影响液压系统的工作效果, 为此对图2所示系统用压力补偿方式进行改进, 得到如图3所示的压力补偿式多路系统。

压力补偿一般是通过对液压阀的进出油口压差进行压力补偿, 改善液压阀的工作性能, 从而实现液压支路间的互不影响［4-5］。图3中所示三位四通比例方向阀 ( 以下简称比例方向阀) 属于常见的滑阀, 其阀口的流量遵循下面的算式:

其中: K—流量系数; A—阀口通流面积;

△p—阀口前后压差 ( p1- p2) ; ρ - 液体密度。

式 ( 1) 的流量系统K一般是为常数, 则通过图3中所示比例方向阀的流量实际上仅与比例方向阀的开口面积及进出油口间的压差成比例关系。采用图3中所示的压力补偿器对比例方向阀进行补偿时, 压力补偿器中的定差式减压阀会实时的将比例方向阀进出油口间的压差维持在调定的压力值附近, 使得比例阀进出口压差基本保持恒定, 此时比例方向阀的流量仅与其开口面积成正比。例如左髋支路中比例方向阀出油口处的压力骤变不会通过阀通道影响到其他三条支路, 同时其他三条支路的压力变化也不通过左髋支路比例方向阀的进油口和阀通道影响该支路的正常工作, 从而保证了左右髋和左右膝四个支路同时工作而又互不影响。为了通过对比图与图3所示系统的工作特性, 验证压力补偿式多路系统的合理性, 下面采用AMEsim平台对两种系统进行建模和仿真分析。

4基于AMEsim的液压系统仿真分析

AMEsim软件凭借其友好的用户界面、标准化的液压符号及完整液压设计模块在液压系统方面的应用很受欢迎, 下面将分别以图2和图3所示的液压回路为基础在AMEsim平台中进行建模和仿真分析。

图4和图5分别是以图2和图3所示的液压回路为基础在AMEsim平台中搭建的仿真模型, 压力补偿式仿真模型和普通单泵多路仿真模型相比, 多了四个用液压元件设计库 ( Hydraulic Component Design) 构建的压力补偿器［6］。分别对所建立的普通单泵多路仿真模型和压力补偿式仿真模型加载如图6所示关节驱动曲线, 经多次PID参数调整和仿真运行后得到如图7至图10所示的关节位置伺服误差和液压缸输出力大小。

比较图7至图10所示结果可知, 压力补偿式系统的位置伺服误差及液压缸输出力相对于普通单泵多路系统都比较好。在液压缸输出力方面, 两种系统的差别比较大。压力补偿式系统的液压缸输出力比较规则, 严格保持在根据设定的系统压力、液压缸缸径及杆径算得的输出力范围[-F1, F2]以内:

其中:p—设定的系统压力, 90 bar;

D—液压缸缸径;d—液压缸杆径。

而普通单泵多路系统液压缸的输出力会出现大幅度的波动, 如左髋液压缸输出力多次达到-4 000 N, 个别峰值输出力会达到-6 000 N;右髋液压缸的个别峰值还达到了-8 000 N, 这些不正常峰值的出现均是相应膝关节液压支路对髋关节液压支路影响的结果。当峰值非常大时, 一方面可能会影响到单兵助力装置机械系统的强度, 另一方面有可能对穿戴者的人身安全构成威胁。通过对仿真结果的分析对比, 可以看出所设计的压力补偿式系统可以使四个液压支路同时工作而又互不影响, 从而保证了单兵助力装置功能的顺利实现。

5结论

针对单兵助力装置液压驱动系统中存在的支路间相互影响问题, 设计了一套压力补偿式微型液压驱动系统, 然后基于AMEsim平台对所设计的液压驱动系统进行了建模和仿真。通过对结果的分析对比, 验证了所设计的压力补偿式液压系统的可行性, 从而有效的避免单兵助力装置中髋关节和膝关节处四个支路同时工作时的相互影响, 满足了单兵助力装置的工作要求。

参考文献

[1]许贤良, 王传礼.液压传动[M].北京:国防工业出版社, 2008.6.

[2]杨殿宝.压力补偿器在液压系统中的应用[J].流体传动与控制, 2012, (3) :38-40.

[3]王伟东, 陈忠强, 黄新年.压力补偿器在液压调速系统中的应用[J].流体传动与控制, 2005, (5) :18-20.

[4]李运华.对定差减压阀和压力补偿器的注释[J].液压气动与密封, 2011, (10) :23-24.

[5]王明兴.比例方向控制回路中的压力补偿阀[J].液压气动与密封, 2002, (2) :31-31.

汽车电子控制液压转向系统概述 篇8

动力转向装置就是在转向系统中增设动力装置。采用动力装置的目的是使转向操纵轻便, 提高响应特性。一般说来, 在停车及车速很低时, 转向盘的操纵很重, 高速时较轻快, 当车速增高时更加轻快。如果减小停车摆放时的操纵力, 那么当高速行驶时, 操纵力就会过小, 致使汽车操纵稳定性差。反之, 如果加大高速行驶时的操纵力, 则停车摆放及低速行驶时所需要的操纵力就过大了。为了实现在各种行驶条件下转向盘上所需要的操纵力都是最佳值, 即在停车状态时能提供足够的助力, 使原地转向容易, 而随着车速的增加助力逐渐减小, 在高速行驶时则无助力或助力很小, 以保证驾驶员有足够的“路感”, 在动力转向系统上采用了电子控制系统。

目前, 常见的电子控制动力转向装置有两种类型:一种是电子控制液压动力转向装置;另一种是电子控制电动助力转向装置。本文主要介绍电子控制液压转向装置。

1 电子控制液压动力转向装置结构

电子控制液压动力转向装置由车速传感器动力转向ECU、电磁阀、分流阀、转向高压油泵、储油罐、液压动力转向器等构成, 其中车速传感器、ECU和电磁阀三者间以电路相连, 电磁阀、分流阀、转向高压油泵、储油罐、液压动力转向器彼此之间用管路相连。

1.1 车速传感器

车速传感器用来检测汽车的车速, 并把测得的信号传送给动力转向ECU。

1.2 动力转向ECU

动力转向ECU根据车速传感器传来的速度信号, 控制通向电磁阀的电流大小。

1.3 液压动力转向器

液压动力转向器由齿轮——齿条机械式转向器、转阀式转向控制阀和转向动力油缸3部分组成。

1.3.1 齿轮——齿条机械式转向器。

它的主要作用是减速增矩, 并把转向盘转矩传递给转向横拉杆, 带动转向节左右转动, 使转向车轮偏转, 以实现汽车转向。

1.3.2 转阀式转向控制阀。

当转向盘转动扭力杆发出扭力时, 控制阀轴与转阀进行相对旋转, 并改变与各个通道口的连通状态, 以控制动力油缸油压流量并切换通向动力缸左室和右室的油路。当高压作用于油压反力室时, 柱塞强制压住控制阀轴, 在扭力杆上即使发生扭力, 由于柱塞压力的作用, 限制了控制阀轴与转阀之间的相对旋转。控制阀轴本身也是一个空心轴, 它套在轴阀的内孔中, 转阀的内孔表面和控制阀轴的外圆柱表面上部轴向分布着6条沟槽, 它们分别相对并与四组径向分布的油道相贯通。这四组油道是:高压进油口P, 回油出口R, 通向转向动力油缸左右工作腔的油道C2和C1。

1.3.3 转向动力油缸。

转向动力油缸与横拉杆连动的活塞和转向动力油缸缸体两部分组成。活塞把转向动力油缸缸体分成了左、右室, 当从转向高压油泵来的高压油液进入左 (右) 室时, 在高压油液的作用下, 活塞向右 (左) 运动, 从而带动横拉杆向右 (左) 运动, 以实现动力转向。输向转向控制阀的高压油液从转向控制阀的高压油入口P进入转向控制阀内, 由于转阀与控制阀轴之间的6条轴向沟槽间隙相同, 它们对油流的阻力相等, 进入转向控制阀的高压油液直接经控制阀轴的回油出口R返回储油罐。因此, 转向动力油缸中活塞两侧油压相等, 活塞处于中间静止状态、液压动力转向装置不产生转向增力作用。

1-转向高压油泵2-控制阀轴3-转阀4-转向动力油缸5-储油罐

当汽车有转弯时, 转向盘向右转动, 转向轴也向右转动, 从而形成动控制阀轴向右旋转, 这样扭力杆被扭转变形, 控制阀轴相对转阀的位置发生变化, 转阀与控制阀轴之间的进油孔和出油孔的通道面积和位置关系同时发生变化。因压力轴转向高压油条扭向转向控制阀的高压油液, 如图1所示, 路线流向转向动力油缸左侧的油室中, 造成转向动力油缸活塞两边油压不等, 活塞被推向右移动, 增大了向右的转向力。汽车向左转弯时, 它的液流方向与汽车向右转弯时液流方向相反, 其他动作过程相同。当转向液压系统出现故障时, 如果因发动机不能起动, 转向高压油泵不能工作, 或转向液压油路出现漏油等故障、转向动力油缸就不能产生转向动力作用.这时扭力杆通过销连接直接传递扭矩, 使转向系统处于手动转向动作状态.以保证安全行车, 不过这时转向会明显感到沉重。

2 电子控制液压动力转向装置的控制原理

2.1 汽车停止或低速行驶时

在汽车停止或低速行驶时, 转向ECU根据车速传感器传来的信号使电磁阀线圈通电电流增大, 从而增加转向动力缸的助力、使汽车转向盘操纵轻便。

2.2 汽车中、高速行驶时

2.2.1 直线行驶。

汽车直线行驶时、转向盘操纵角小, 扭力杆的扭力相对也小, 转阀与控制阀轴的连通通道的开度相应减小, 转向控制阀一侧的压力升高, 由于分流阀的作用。电磁阀一侧的扭矩增加。随着车速上升, 控制电磁阀的线圈通电电流变小, 进而电磁阀的节流面积随之变小, 而作用于油压反力室的压力增加, 柱塞推动控制阀轴压力也变大。

2.2.2 中、高速转向。

当从有油压反力作用的中、高速区域的直线行驶状态转向时, 扭力杆钮转角变小, 转阀与控制阀轴的连通口开度减小, 在转向控制阀一侧油压进一步升高。随着转向控制阀一侧油压升高.油液从固定孔出来向油压反力室供应。从分流阀向油压反力室供应的一定流量的油液, 加上从固定孔出来的油液, 增加对柱塞的推压力, 转向盘操纵力随转向盘转角线性增加, 所以在中、高速转向时能获得稳定的转向手感。

参考文献

[1]李红海.汽车电控液压助力转向系统电子控制系统研究[J].重庆交通大学, 2010.