沈玉龙 李刚 张凯 宿焱

摘 要：转向系统作为商用车实现智能化的关键子系统和主要的耗能部件之一 其设计的好坏与车辆的燃油经济性、操纵稳定性以及车辆的机动性能息息相关。论文对商用车最常用的电动液压助力转向系统的国内外研究现状进行综述 首先 对电动液压助力转向系统进行概述 写出了该系统的优点与不足 其次对电动液压助力转向系统国内外研究进行了说明 最后指出电动液压助力转向系统的优化控制方向 为节能减排和提高车辆的性能提供可能。

关键词：商用车;电动液压助力转向系统;节能

中图分类号：U461.6  文献标识码：A  文章编号：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

電动液压助力转向系统（EHPS）在原有传统液压助力转向系统的基础上增加了方向盘角度传感器、电机控制器和一些电控执行器 以实现转向助力大小随车速变化可调节的目的。但液压泵由发动机驱动 所以在不转向时 仍有大量的能量消耗 不利于汽车的燃油经济性。因此如何使电动液压助力转向系统更加节能、更加稳定成为当今国内外学者共同研究的话题。电动液压助力系统如图1所示。

1 国外研究现状

由于电动液压助力具有较高的研究空间 国外自二十世纪80年代就对EHPS系统进行了研究。但主要局限于理论研究 在技术上主要是利用电磁阀控来调节助力的大小 该技术不利于以后节能性的发展。

图1  EHPS系统

1987年第一款商业化的电动液压助力转向系统应用在在斯巴鲁车上[1]。2005年英国巴斯大学的团队建立了 EHPS 系统的仿真模型 通过仿真分析系统的能量损耗 通过仿真结果发现能量损失最大的是电机泵和转向控制阀 二者相加占到总耗的 80%以上[2]。

2008年美国阿肯色大学的Roy McCann通过改变与EHPS相关的辅助增益来改善车辆的稳定性 提出了一种基于连接角度变化率反馈和增益调度的方法来实时的改变EHPS系统提供的辅助力矩 改善了车辆转向系统的响应特性[3]。

2014年英国纽卡斯尔大学的Christoper Morton等人的团队对电动液压助力转向系统进行了分析与研究。仿真与实验结果表明该电动液压助力转向系统可以通过优化电动泵的运行状态即电动泵驱动电机的转速来减少整个驾驶周期内的能耗 以达到节能的效果[4]。

2018年韩国首尔国立大学的 Ji In Park 等将电动辅助转向系统同 EHPS系统相结合 研究出新型混合电动转向系统 通过建立动态模型来估计转向系统的节能效果 仿真结果显示同传统液压助力转向系统相比 在给定试验工况下 新型混合转向系统可节能约50%[5]。

2 国内研究现状

相比于国外 国内在电动液压助力转向系统上起步较晚 但目前来看 在高校的研究上已经取得了不错的研究成果。下述为EHPS在国内的研究现状。

天津大学的王豪依据电动液压助力系统的特点 研究出该系统的控制算法 根据车速和方向盘角速度来控制电动泵驱动电机的转速 台架实验表明该算法在控制系统中具有很高的可行性 所提出的控制策略能够提供较好的路感并在节能方面有显著的提高[6]。

湖南大学的展竹义对影响电液转向系统工作特性的因素进行了分析 建立了三自由度的电动液压助力转向系统模型 对其助力特性以及整车操纵稳定性进行了仿真分析 结果表明该系统具有良好的路感和节能性[7]。

南京林业大学的朱庆华针对电动液压转向系统助力电机一直高速运转的问题做出研究 设计出了理想的转向盘力矩曲线 推算出了车辆理想的助力特性曲线并得到了不同车速及方向向盘转角下的目标电机转速。仿真结果表明 优化控制后的助力电机不仅满足车辆低速转向时轻便和高速行驶时驾驶员路感的要求 同时降低了系统的能耗[8]。

清华大学的陈全世写出了用于电动商用车上的电动液压助力系统的开发应用过程及其效果。该EHPS系统通过控制电机的转速来控制液压泵输出油的流量 进而来控制转向助力的大小。在实车试验中 系统能提供足够的转向助力 在非转向时电机输出功率为108W 转向时电机最大输出功率 3.59Kw 证明该系统同时也具有很好的节能性[9]。

3 结论

商用车电动液压助力转向系统助力转向系统是一种电控助力转向系统 助力大小可随车速变化调节 可应用到传统车上也可以应用到新能源车辆上 也可以在其基础上实现智能驾驶 满足时代发展的需要。目前 国内外的研究工作大多数通过车速等信号来对电动液压助力转向系统的驱动电机进行控制 通过控制使转向系统更加稳定、更加节能。在节能和稳定性方面 仍还有很大的发展空间值得我们去研究探索。

参考文献

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[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.電动液压助力转向系统控制算法研究与实现[J].公路交通科技， 2008（7）：155-158.

[7] 展竹义.电动液压助力转向系统的动力学研究及控制器设计[D]. 湖南大学，2014.

[8] 朱庆华，闵永军，张涌等.A型纯电动客车EHPS助力电机转速控制优化[J].森林工程， 2019，35（01）：57-62.

[9] 黄勇，陈全世，仇斌等.电动汽车电动液压式动力转向系统的控制[J].公路交通科技，2005，22（10）：147-150.

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