沈玉龍 李剛 張凱 宿焱

摘 要：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為商用車實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵子系統(tǒng)和主要的耗能部件之一 其設(shè)計(jì)的好壞與車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性以及車輛的機(jī)動性能息息相關(guān)。論文對商用車最常用的電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述 首先 對電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行概述 寫出了該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與不足 其次對電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國內(nèi)外研究進(jìn)行了說明 最后指出電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化控制方向 為節(jié)能減排和提高車輛的性能提供可能。

關(guān)鍵詞：商用車;電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng);節(jié)能

中圖分類號：U461.6? 文獻(xiàn)標(biāo)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(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）在原有傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了方向盤角度傳感器、電機(jī)控制器和一些電控執(zhí)行器 以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力大小隨車速變化可調(diào)節(jié)的目的。但液壓泵由發(fā)動機(jī)驅(qū)動 所以在不轉(zhuǎn)向時 仍有大量的能量消耗 不利于汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。因此如何使電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加節(jié)能、更加穩(wěn)定成為當(dāng)今國內(nèi)外學(xué)者共同研究的話題。電動液壓助力系統(tǒng)如圖1所示。

1 國外研究現(xiàn)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(jì)80年代就對EHPS系統(tǒng)進(jìn)行了研究。但主要局限于理論研究 在技術(shù)上主要是利用電磁閥控來調(diào)節(jié)助力的大小 該技術(shù)不利于以后節(jié)能性的發(fā)展。

圖1? EHPS系統(tǒng)

1987年第一款商業(yè)化的電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用在在斯巴魯車上[1]。2005年英國巴斯大學(xué)的團(tuán)隊(duì)建立了 EHPS 系統(tǒng)的仿真模型 通過仿真分析系統(tǒng)的能量損耗 通過仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)能量損失最大的是電機(jī)泵和轉(zhuǎn)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(xué)的Roy McCann通過改變與EHPS相關(guān)的輔助增益來改善車輛的穩(wěn)定性 提出了一種基于連接角度變化率反饋和增益調(diào)度的方法來實(shí)時的改變EHPS系統(tǒng)提供的輔助力矩 改善了車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的響應(yīng)特性[3]。

2014年英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的Christoper Morton等人的團(tuán)隊(duì)對電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了分析與研究。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以通過優(yōu)化電動泵的運(yùn)行狀態(tài)即電動泵驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速來減少整個駕駛周期內(nèi)的能耗 以達(dá)到節(jié)能的效果[4]。

2018年韓國首爾國立大學(xué)的 Ji In Park 等將電動輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同 EHPS系統(tǒng)相結(jié)合 研究出新型混合電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 通過建立動態(tài)模型來估計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的節(jié)能效果 仿真結(jié)果顯示同傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比 在給定試驗(yàn)工況下 新型混合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可節(jié)能約50%[5]。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

相比于國外 國內(nèi)在電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上起步較晚 但目前來看 在高校的研究上已經(jīng)取得了不錯的研究成果。下述為EHPS在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀。

天津大學(xué)的王豪依據(jù)電動液壓助力系統(tǒng)的特點(diǎn) 研究出該系統(tǒng)的控制算法 根據(jù)車速和方向盤角速度來控制電動泵驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速 臺架實(shí)驗(yàn)表明該算法在控制系統(tǒng)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(jié)能方面有顯著的提高[6]。

湖南大學(xué)的展竹義對影響電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作特性的因素進(jìn)行了分析 建立了三自由度的電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型 對其助力特性以及整車操縱穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真分析 結(jié)果表明該系統(tǒng)具有良好的路感和節(jié)能性[7]。

南京林業(yè)大學(xué)的朱慶華針對電動液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力電機(jī)一直高速運(yùn)轉(zhuǎn)的問題做出研究 設(shè)計(jì)出了理想的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角下的目標(biāo)電機(jī)轉(zhuǎn)速。仿真結(jié)果表明 優(yōu)化控制后的助力電機(jī)不僅滿足車輛低速轉(zhuǎn)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(tǒng)的能耗[8]。

清華大學(xué)的陳全世寫出了用于電動商用車上的電動液壓助力系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用過程及其效果。該EHPS系統(tǒng)通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制液壓泵輸出油的流量 進(jìn)而來控制轉(zhuǎn)向助力的大小。在實(shí)車試驗(yàn)中 系統(tǒng)能提供足夠的轉(zhuǎn)向助力 在非轉(zhuǎn)向時電機(jī)輸出功率為108W 轉(zhuǎn)向時電機(jī)最大輸出功率 3.59Kw 證明該系統(tǒng)同時也具有很好的節(jié)能性[9]。

3 結(jié)論

商用車電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 助力大小可隨車速變化調(diào)節(jié) 可應(yīng)用到傳統(tǒng)車上也可以應(yīng)用到新能源車輛上 也可以在其基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能駕駛 滿足時代發(fā)展的需要。目前 國內(nèi)外的研究工作大多數(shù)通過車速等信號來對電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行控制 通過控制使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加穩(wěn)定、更加節(jié)能。在節(jié)能和穩(wěn)定性方面 仍還有很大的發(fā)展空間值得我們?nèi)パ芯刻剿鳌?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] Forbes J E， Baird S M， Weisgerber T W. Electrohydraulic power steering-an advanced system for unique applications[R]. SAE Tech -nical Paper， 1987.

[2] Pfeffer P E， Johnston D N， Sokola M， et al. Energy Consumption of Electro-hydraulic Power Steering System [C]. SAE Technical Paper， 2005.

[3] McCann R， Le A. Gain Scheduling Control in Commercial Vehicles with Electrohydraulic Power Steering[J]. SAE International Journal of Commercial Vehicles， 2008， 1（2008-01-2703）： 481-487.

[4] Morton C， Spargo C M， Pickert V. Electrified hydraulic power steering system in hybrid electric heavy trucks[J]. IET Electrical Systems in Transportation， 2014， 4（3）： 70-77.

[5] J. Park1， K. Jeonm， K. Yi， An investigation on the energy-saving effect of a hybrid electric-power steering system for commercial vehicles [J]， Proc IMechE Part D： J Auto. Eng.，2018， vol. 233（6）， pp. 1-26.

[6] 王豪.電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制算法研究與實(shí)現(xiàn)[J].公路交通科技， 2008（7）：155-158.

[7] 展竹義.電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)研究及控制器設(shè)計(jì)[D]. 湖南大學(xué)，2014.

[8] 朱慶華，閔永軍，張涌等.A型純電動客車EHPS助力電機(jī)轉(zhuǎn)速控制優(yōu)化[J].森林工程， 2019，35（01）：57-62.

[9] 黃勇，陳全世，仇斌等.電動汽車電動液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制[J].公路交通科技，2005，22（10）：147-150.

[10] 謝一兵.汽車電液轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].青島科技大學(xué)，2018.

[11] 孫叔雷.電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的研究與分析[D].天津理工大學(xué).2018.

[12] 尹晨輝.商用車混合動力電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].江蘇大學(xué).2019.

[13] 陳勇，何仁.電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真及試驗(yàn)研究[J].液壓與氣動， 2009， 2009（10）：29-33.

[14] 紀(jì)平.電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析與研究[J].液壓與氣動， 2010 （05）：28-30.

[15] 閆帥林，彭能嶺，李振山等.一種電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng).中國專利.CN204750275U，2015-11-11.