J XK6822BEV纯电动客车转向匹配设计与测试

李晓雷，李湘臣，皮志兵，冯秀将

J XK6822BEV纯电动客车转向匹配设计与测试

李晓雷，李湘臣，皮志兵，冯秀将

（江西凯马百路佳客车有限公司，南昌330013）

以JXK6822BEV为例，通过对转向系统中压力、流量及电动转向泵功率、扭矩的匹配计算并结合性能测试数据，为纯电动客车助力转向系统提供设计思路。

纯电动客车；转向系统；匹配设计；性能测试

电动客车作为城市中的交通工具，要有较好的操纵性，较高的安全性，行驶的稳定性和舒适性，其中操纵性中的转向系备受驾驶员关注。现以我司开发的纯电动城市客车JXK6822BEV为例，介绍其转向助力系统的匹配设计及性能测试。

1 转向系统主要参数设计

纯电动客车的液压助力转向系统由转向油罐、电动转向油泵、转向管路、转向器组成，其中与常规车不同之处在于，转向油泵驱动形式由发动机改为电机，电机的运行状态又需要电机驱动控制器DC/AC进行控制，电机、电机驱动控制器DC/AC在整车上的防水性能尤为重要，需要进行相关的安全性能测试。JXK6822BEV纯电动客车基本参数如下：整车（长×宽×高）为8 245 mm×2 495 mm×3 235 mm；满载前/后轴荷为4 500 kg/9 000 kg；前轮内/外转角为41°/32°；整车电压550 VDC；转向电机电压220 VAC。

1.1 原地转向阻力矩

转向器转向力矩的选择主要受转向轴的负荷、路面阻力和轮胎气压等因素影响，为此推荐使用汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩公式[1-2]：MR=f/3，式中：f为轮胎和路面间的滑动摩擦系数，一般取0.7；G1为满载前轴负荷，取44 100 N；P为前轮胎气压，取0.85 MPa。代入相关数据得MR=2 343 N·m，转向器最大输出扭矩MKX选取时要满足MKX≥MR[3-4]。

1.2 转向系统压力

压力是液压式助力转向器的重要参数之一，因为压力与转向器的输出扭矩有直接关系。由转向器的输出扭矩公式[5]可求出转向系统压力：MK=P（S0-S1）RF，式中：MK是转向器的输出扭矩（N·m），P是系统工作压力（Pa），S0是油缸工作面积（m2），S1是螺杆外径所占面积（非贯穿式螺杆取0）（m2），RF是扇形齿分度圆半径（m）。所选GX85C转向器内部零件参数S0=0.005 674 m2、S1=0、RF=0.044 m，当原地转向阻力矩MR=MK=2 343 N·m时，转向系统中的压力P=9.4 MPa。

1.3 转向泵排量选择

三相异步和直流无刷电机在电动客车上应用比较成熟。三相异步电机其转速恒定不变；直流无刷电机可根据车辆行驶状况进行调整。电机在最低转速时，转向泵提供的流量要满足转向器的需求。JXK6822BEV车型所选转向器的工作流量q0=12 L/min，三相交流异步电机[6]（4级变频）恒定转速n1=1 420 r/min，转向泵的容积效率η=84%，根据流量公式q0=Vn1η×10-3可得排量V=10 mL/r。

1.4 转向泵负载转矩

转向泵工作压力取决于负载，实车转向阻力越大，则工作压力越大，驱动转向泵所需扭矩也就越大。由转向泵排量[7]计算公式可知：V=2πT/△P，式中：V为转向泵排量（m3/r），T为转向泵的负载转矩（N·m），△P为转向泵进出口压差（等于系统压力P）（Pa），代入数据得T=15 N·m，选择转向电机时，其提供的转矩要大于15 N·m才能满足转向系统的需求。

1.5 转向泵功率

转向泵在工作时会产生热能消耗部分功率，如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，则驱动液压泵轴的机械功率等于液压泵输出的液压功率[8]，计算公式为W=π·T·n2/30 000，式中：W为转向泵输出功率（kW），T为负载转矩（N·m），n2为转向泵转速（r/min）。代入数据得W=2.2 kW，选择转向电机时其提供的功率要大于2.2 kW才能满足转向系统的需求。

1.6 电机驱动控制器DC/AC

电机驱动控制器DC/AC接收整车控制系统的指令，将直流高压550 VDC转变为电机所需要的交流电220 VAC来驱动转向电机，并确保转向电机高效、稳定运行。根据电机的最大过载转矩＞2T，最大过载功率＞2W特性，所选驱动控制器的功率要满足电机的最大功率需求。电机控制原理见图1。

通过上述的匹配计算，根据配套厂家现有产品，JXK6822BEV车型所选配件主要参数如下，GX85C转向器参数：工作油压13.8 MPa，工作流量12 L/min，理论最大输出扭矩3 445 N·m；转向泵参数：最大压力13 MPa，控制流量11 L/min，排量10 mL/r；三相异步电机：额定功率2.2 kW，额定转矩22 N·m，额定电流10 A，峰值电流20 A，额定转速1 420 r/min；电机驱动控制器DC/AC：额定功率3 kW，峰值功率6 kW，输入电压550 VDC，输出电压220 VAC。转向系统匹配设计流程见图2。

2 性能测试

纯电动客车性能测试分为液压系统测试和电器安全性能测试。

2.1 液压系统测试

按照前桥定位参数对整车进行调整，检查轮胎气压，前桥加载达到设计最大负荷，在方向盘上安装汽车转向盘转向力-转向角检测仪，转向高压油管上安装流量计、压力传感器，油罐上安装温度传感器。由试车员驾驶车辆通过检测线，在汽车前轮转向角检测台上测出内轮转角41°、外轮转角33°，满足前轮转角要求；转向盘最大操纵力83 N，满足GB18565[9]中规定原地检测操纵力不得大于120 N的要求。

由试车员将车辆开进试验场地，在干燥、平整的沥青路面上以10 km/h的速度在5 s内沿螺旋线从直线行驶过渡到直径为24 m的圆周行驶，此时方向盘上的切向力为33 N，转向系统压力为5 MPa。

车辆静止原地打方向盘，转向力最大87 N，转向系统最高压力11 MPa；方向盘角速度向左462°/s、向右458°/s，此时电机最大电流为14 A；踩刹车原地打方向盘，最大转向力92 N，转向系统最高压力13 MPa，此时电机最大电流为15.9 A。

油温测试：先将转向系统油温预热到50℃，然后以半径为10 m的圆绕8字，车速控制在10 km/h，绕10个8字后系统油温升至67.5℃，小于120℃，满足要求。

通过上述测试可知，车辆在行驶过程中压力小于理论值，满足设计要求；原地转向时最高压力大于理论值，此时压力为转向器的卸荷压力，不在考虑范围内。转向电机电流小于峰值电流，所选电机满足转向系统要求。

2.2 电器安全性能测试

试车员将整车开进淋雨房进行模拟暴雨试验，试验完成后立即对整车、转向电机、电机驱动控制器DC/AC进行绝缘电阻和漏电电流测量，其绝缘电阻值均为550 MΩ、漏电电流均为0.3 A，满足GB/T18384.3 -2015[10]中的要求。

试车员将车开到涉水池边，对整车、转向电机、电机驱动控制器DC/AC进行测量，绝缘电阻均为550 MΩ、漏电电流均为0.3 A，满足涉水要求。涉水池长度为50 m，需要在涉水中行驶10趟，并且每趟都需要检查绝缘电阻及漏电电流。在300 mm深的涉水池中以5～10 km/h的车速行驶，在第3趟时测量到转向电机漏电电流为3 A，经检查发现，转向电机插接件进水，对插接件进行防水处理后再重新进行涉水试验，试验完成后测量整车、转向电机、电机驱动控制器DC/AC绝缘电阻均为550 MΩ，漏电电流均为0.3 A。

3 结束语

本文介绍了JXK6822BEV纯电动客车的转向匹配设计，根据前桥负荷选择相应的转向器，由转向器的压力、流量来确定转向油泵及转向电机的相关参数，并进行相关性能测试。结合整车转向系统的测试数据，能让设计员更好地理解转向系统的匹配，从而提高设计人员的匹配设计能力。

[1]刘涛.汽车设计[M].北京：北京大学出版社.2008.

[2]余志生.汽车理论[M].5版.北京：机械工业出版社.2009.

[3]于志强，李晶.大中型客车液压助力转向系统的设计匹配[J].客车技术与研究，2009，31（2）：23-25.

[4]史先松，赵理想.城市客车液压转向助力系统设计[J].客车技术与研究，2016，38（1）：36-39.

[5]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社.2001.

[6]王晓明.电动机的单片机控制[M].2版.北京：北京航空航天大学出版社.2007.

[7]闻邦椿.机械设计手册（第4卷）[M].5版.北京：机械工业出版社.2010.

[8]吴浩，田晓川，赵子亮.电动转向油泵总成参数匹配及控制策略研究[J].汽车技术，2015（6）：26-30.

[9]全国汽车维修标准化技术委员会.营运车辆综合性能要求和检验方法：GB 18565-2001[S].北京：中国标准出板版社，2001：12.

[10]全国汽车标准化技术委员会.电动汽车安全要求第3部分：人员触电防护：GB/T18384.3-2015[S].北京：中国标准出板版社，2015：5.

修改稿日期：2017-01-06

Matching Design and Test for JXK6822BEV Pure Electrical Bus Steering System

Li Xiaolei,Li Xiangchen,Pi Zhibing,FengXiujiang
（Jiangxi Kama Business Bus Co.,Ltd,Nanchang330013,China）

TakingJXK6822BEVelectric bus as an example,through matchingand calculatingthe pressure and flow in the steeringsystemand the power and torque ofthe steeringpump,the authors combine with performance test data toprovide a design thinkingfor pure electric bus steeringsystem.

pure electric bus;steeringsystem;matchingdesign;performance test

U469.72；U463.4

B

1006-3331（2017）02-0012-03

李晓雷（1985-），男，工程师；研究方向为转向系统、悬架系统设计开发。