EHPS转向油泵测试系统研究

胡 勇，雷崇彪

（1.阳江职业技术学院，广东阳江 529566；2.深圳市杰瑞机电有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

电动液压助力转向系统（Elector-Hydraulic Power Steering，以下简称EHPS）的发展源于传统机械液压助力转向系统(HPS)，其工作平顺、功率密度高，还具有可变助力特性、转向操控手感好和燃油经济性高等优点，应用越来越广泛[1]。国内对EHPS的研究较迟，近年来EHPS技术也取得很大突破。研究主要集中在：（1）通过能耗分析，对电动液压助力转向系统进行参数优化；（2）建模，进行仿真研究；（3）研究控制策略；（4）试验技术研究。

王乔采用理论与应用相结合、仿真与试验相结合的研究方法，研究了电动液压助力转向系统，深入分析研究了EHPS的工作原理和助力特性，对EHPS控制器和样机创新开发设计并试验验证。谢欢欣提出一种新型的双油泵式电动液压助力转向系统，通过研究电动客车转向系统的具体结构形式，设计油路和驱动电路的连接方式，设计双油泵式电动液压助力转向系统结构；分析了双油泵驱动系统工作原理，建立双油泵驱动系统动态数学模型。通过电流调节器和转速调节器实现双闭环PI控制，对两电机的转速进行调节并分别进行仿真分析，提出了双油泵驱动系统工作模式切换控制策略。在系统测试平台上进行了双油泵式电动液压助力转向系统的台架试验，验证了控制策略的有效性[2]。

带有基本测控功能的转向油泵试验装置在国内应用不少，在功能、可靠性、操作性、性价比、售后服务方面都有一定欠缺，产品的适应性差[3]。陈宇亮等根据中华人民共和国汽车行业标准，对汽车动力转向油泵的相关试验经验总结，设计了关于汽车动力转向油泵低温试验完整的测试方法，在相关试验台进行改进。这套测试方法包括了对汽车动力转向油泵低温试验试验台的研究以及测试方法的思考，以达到实现汽车动力转向油泵低温试验的目的[4]。

目前对EHPS系统的试验开展的研究不是很多，特别针对EHPS系统转向油泵测试系统更少。能满足客户定制需求的EHPS系统转向油泵测试系统更少。综上所述，根据相关标准和实际车辆运行工况，充分考虑到性价比因素，设计了EHPS系统转向油泵测试系统，以满足测试需求。

1 EHPS转向油泵测试系统的确定依据

在2014年10月1日起实施的《QC/T 972-2014汽车电控液压助力转向器总成技术要求及试验方法》，规定了汽车电控液压助力转向器总成技术要求及试验方法。主要在汽车电控液压助力转向器总成，包括循环球式电控液压助力转向器总成及齿轮齿条式电控液压助力转向器总成方面技术要求和试验方面作了详细规定。该标准细化了技术参数的定义、计算和控制范围。图1为转向油泵的流量特性图，EHPS转向油泵测试系统根据流量特性图设计跑合实验时转向油泵的压力控制[5]。其他工况参照相关标准和产品实际情况制定。

图1 转向油泵的流量特性图

2 EHPS转向油泵测试系统测试项目的确定

2.1 根据客户现实需求

某新能源汽车EHPS转向系统在交付使用后，驱动油泵电机作为EHPS系统的动力能源，驱动转向油泵，以完成转向。但在实际应用中转向系统发生偶发无助力故障，存在一定安全隐患。针对这一问题，需设计一套针对EHPS系统转向油泵测试系统。

通过对转向油泵的性能测试，进而判断转向油泵驱动电机及其控制器的工作情况。

本测试系统需能模拟汽车实际转向工况，达到预防故障、改进测试技术和提高转向可靠性的目的。

本测试系统主要用于转向油泵测试，模拟转向系统实际工况，测试转向油泵各种性能。为EHPS转向油泵问题的发现和改正提供测试条件，提高EHPS系统可靠性。

同时本系统也可完成测试不同转速下转向油泵的流量、压力，为转向油泵的调速节能提供参考数据。

2.2 参考转向油泵的运行工况

在实车运行中，本测试系统主要测试EHPS转向油泵的运行工况。

由于低温情况下，转向油受温度影响大，会产生粘滞现象导致发动机转矩需求增大，EHPS系统转向油泵驱动电机工作负荷明显增加，导致转向油泵驱动电机启动时易失步。因此EHPS系统转向油泵的驱动电机在启动时发生故障机率大，且该启动故障多发生于低温情况下。

由于车辆运行情况多变，路面复杂。车辆运行中特定情况下，会因路况较差，急打方向盘导致油路负荷突变，EHPS系统转向油泵的驱动电机响应不及时，且在调节过程中失调，因此需要对EHPS系统转向油泵运行故障检测。

EHPS系统方向盘打死时，EHPS系统油泵处于最大负荷状态，EHPS系统电机调节较差时导致电流发散，电机失步，导致EHPS系统转向油泵驱动电机停机，系统突然失去助力引起方向盘弹手。

2.3 测试项目的确定

测试系统的测试内容如表1所示。

3 EHPS转向油泵测试系统的研制

3.1 EHPS转向油泵测试系统原理图[6]

设备主要由油箱、液位浮球开关、加热丝、高温球阀、油过滤器、温度传感器、压力传感器、压力表、电磁阀、比例溢流阀、溢流阀、流量计、散热器等组成。主要结构见图2。

油箱对液压油进行储存和保温作用；加热丝可对油温进行加热，选用功率1～1.5 kW的加热丝；高温球阀起油路开关作用；油过滤器过滤润滑油中的杂质，保护元件；散热器用于降低管路油温；系统压力由比例溢流阀控制；选用工作压力为25 MPa，流量为≥25 L/min，工作温度-20℃到150℃的电磁阀控制和改变液压油流向；选用工作压力为25 MPa，流量为≥25 L/min，工作温度-20℃到150℃的溢流阀用于调定系统压力，以保护系统运行；选用量程30 MPa，精度为±0.5%的压力传感器用于检测系统压力并反馈给计算机；选用量程40 MPa，精度为±1.6%的压力表机械显示系统压力；流量为流量范围为4.1 L/min到41 L/min，精度为±0.5%的流量计测试管路流量并将点信号反馈给计算机；液位浮球开关判断液压油最低液位并提供报警信号；选用-20℃到150℃、精度为±0.5%的温度传感器，用于检测油温温度。设计耐压30 MPa的油路阀块，实现油路走向，减少管路泄露同时节省设备空间。

表1 测试系统的测试内容

图2 EHPS转向油泵测试系统原理图

油箱有液位浮球开关，可控制液位防止测试泵空转，并通过蜂鸣报警功能提示操作人员。在测试泵的进出口处分别留有温度检测口，并各配备一个温度传感器。回油口通过流量计可采集流量数据并反馈给计算机。回油管路配有散热器，对回油进行降温，可实现超温自动启动。可选择常用温控表，设定并且控制油箱温度。液压油为动力转向油。

3.2 EHPS转向油泵测试系统工作过程

液压油由油箱经过高温球阀、过滤器向测试泵提供一定设定的所需压力的液压油，液压油从流量计、电磁阀、比例溢流阀、散热器、过滤器、高温球阀回到油箱，通过油液的循环，从而完成给定压力的的油压对测试件的不同工况的测试。

最大油压模拟测试时，利用加热丝，对油温进行加热到给定温度，在空载压力下启动测试泵，升速至测试泵额定转速，迅速关闭油过滤器到油箱油路上的高温球阀使输出流量为零，并保持一定时间，用于模拟最大油压工况。

跑合模拟测试时，利用加热丝，对油温进行加热到给定温度，在空载压力下启动测试泵，升速至测试泵的最高转速并保持一定时间，再将转速调至额定转速；同时利用比例溢流阀，控制系统压力，从空载压力开始逐级分别保持一定时间，循环一定次数，用于模拟负载突变工况。

极端负载突变模拟测试时，利用加热丝，对油温进行加热到给定温度，在测试泵额定转速下，利用比例溢流阀，控制系统压力，压力循环从空载压力至最大压力，按一定频率、一定循环周期、一定压力梯度设定。用于模拟极端负载突变工况。

低温启动模拟测试时，启动测试泵的转速到额定转速，工作压力调至设定压力，停机。在低温环境中保持一定时间后启动，用于低温启动模拟。

油路堵塞故障模拟测试时，测试泵在额定转速下和最大压力时，并且测试泵输出流量为零的工况下连续运行一定时间，用于模拟油路堵塞故障工况。

4 结语

随着汽车技术的发展，更多的新技术和新设备的出现，整车制造厂和零部件供应商的技术挑战也越来越大，汽车使用过程复杂，更加深了这一挑战。研究表明：

（1）由于条件限制，仅通用样车使用就完成输出适配参数、电机参数和速度环、电流环PI做不到最优适配，无法验证完整工况；

（2）产品可靠性在车辆投入运行后才能经受考验，通过搭建本测试系统，可以在实验室验证完整工况，简化现场调试步骤，提高产品适用性和可靠性；

（3）应用于新能源汽车EHPS测试领域，加工制作简单、操作方便、可行性高、易于实现和普及，性价比高、价格低廉；

（4）可进一步增加电器开关元件，增加自动控制功能。