纯电动城市客车电动液压助力转向泵匹配计算

时振涛， 张保国

(河南少林客车股份有限公司， 郑州 450100)

随着电动汽车的发展，电动液压助力转向系统以其稳定性好、舒适性高等特点，成为目前电动汽车设计中必不可少的关键零部件。纯电动城市客车的液压助力转向系统主要由转向油罐、电动转向油泵、转向管路、转向器组成[1]。电动转向油泵将转向驱动源电能转化为转向助力缸工作的液压能[2]。本文以我司某8 m纯电动城市客车为例，介绍其电动液压助力转向泵的匹配计算。

1 转向泵参数匹配计算

某8 m纯电动城市客车有关参数如下：车轮滚动半径407.476 mm，前轴荷4 800 kg，轮胎与地面的摩擦系数0.7，轮胎充气压力0.85 MPa。在电动液压助力转向泵的参数匹配设计中，主要包括转向器的输出扭矩设计、转向泵压力、流量以及转向泵电机功率的匹配计算。

1.1 轮胎原地转向阻力矩

汽车在原地时，转向器所受到的转向阻力是最大的，而转向器转向阻力矩主要受转向器的负荷、轮胎气压和路面阻力等因素的影响。针对纯电动城市客车的行驶路况，汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩MR可采用下列计算[3]：

式中:f为轮胎与地面的摩擦系数，取0.7；G1为车辆的前桥负荷，取47 040 N;p为车辆的轮胎气压，取0.85 MPa。将相关参数数值代入上述公式计算出MR=2 581.7 N·m，选型时转向器最大输出扭矩M应满足M≥MR。

1.2 转向器输出扭矩

转向器把来自转向盘的转向力矩和转向角进行适当的变换，再输出给转向拉杆机构使车轮转向[4]。由于车轮转向的过程中存在机械损耗，本文中取转向器系统的效率η=0.93，此时转向器最大输出扭矩M=MR/η。带入相关数据算出M=2 776 N·m。根据实际可选转向器，其M为2 800 N·m。

1.3 转向系统压力

机械式转向器按照结构形式的不同，可分为齿轮齿条式、循环球式、蜗杆曲柄指销式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等[5]。其中循环球式转向器正、逆袭率都很高，因其操纵轻便、寿命长、工作稳定可靠而得到广泛应用。转向器液压系统压力与转向器最大输出扭矩、活塞有效受力面积、扇形齿分度圆半径有关。计算循环球转向器输出最大扭矩时的转向液压系统压力P的公式[6]如下：

P=M/S/Rf/106

式中：P为转向系统压力，MPa；M为转向器最大输入扭矩，取2 800 N·m；S为活塞有效受力面积，取值0.005 173 m2；Rf为扇形齿分度圆半径，取0.044 m。代入相关数据得转向液压系统工作压力P=12.3 MPa。

1.4 转向泵流量

根据汽车工程手册[7]所述方法计算油泵理论工作流量Q1为：

Q1=60πD2TN/4/106

式中:D为方向机油缸直径，取90 mm；T为方向机螺杆螺距，取13.5 mm；N为方向盘转速，取1.25 r/s[8]；代入相关数据算出Q1=6.44 L/min。

在转向泵实际需要流量的设计中，需要考虑转向泵在工作时会产生热能消耗部分功率，根据下式计算转向泵实际中需要流量Q：

Q=(1.5～2)Q1+Q2

式中：Q2为转向器允许的内泄值，一般规定为0.15Q1。将数值代入上式计算出Q=11 L/min。

1.5 转向泵电机功率

转向系统的工作压力P和实际需要的流量Q，根据公式Pr=PQ/60计算出所需转向泵电机的额定功率Pr=2.3 kW。由于转向泵大部分时间在轻载情况工作，只有在过载等其他情况才能达到最大功率，所以，为了提高转向泵的效率，在设计时不宜将额定功率设置过大，在选取峰值功率时需要考虑到2倍额定功率的过载系数。

根据前文的计算结果并结合厂家提供的相关电动助力转向泵型号及参数，最终确定8 m纯电动城市客车电动液压助力转向泵电机选择为永磁同步电机[9]，具体参数如下：电机额定功率2.2 kW，电机峰值功率4.4 kW，额定电流8.5 A,流量12 L/min，压力13.7 MPa。

2 结束语

本文介绍了8 m纯电动城市客车的液压助力转向泵的匹配计算，根据前桥负荷选择相应的转向器，由转向器的压力、流量来确定转向泵的压力、流量以及转向泵电机功率等参数[10]，可供同行参考。

参考文献：

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[2] 袁带英.汽车电动助力转向系统助力特性的研究[J].机械与电子，2008,26(9):33-35.

[3] 王望予.汽车设计：第4版[M].北京：机械工业出版社，2011:232-238.

[4] 姬广斌，唐岚.电动助力转向系统的开发与研究[J].西华大学学报(自然科学版)，2004,23(S1):149-151.

[5] 胡宁，崔靖.现代汽车底盘构造[M].上海：上海交通大学出版社，2003:170-197.

[6] 杨小见，杨胜，宁忠翼，等.基于HyperMesh 的客车转向机支架的优化设计[J].客车技术与研究，2012,34(1):14-16.

[7] 《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册[M].北京：人民交通出版社，2001:40-41.

[8] 刘涛.汽车设计[M].北京：北京大学出版社，2008:277-294.

[9] 全国汽车标准化技术委员会.汽车液压转向助力泵: 第1部分 技术要求: QC/T 299.1-2014[S].北京：中国计划出版社，2014：1-12.

[10] 陈运来，李振山,彭能岭，等.电动客车电动液压助力转向系统的匹配设计[J].客车技术与研究，2016,38(5):19-22.