纯电动客车智能化电液转向系统的探讨

2018-12-14孙尚志

客车技术与研究 2018年6期

孙尚志，何晨，凌杰

(安徽安凯汽车股份有限公司技术中心，合肥 230051)

目前，客车和载重货车普遍采用的是液压助力转向，但与车速无关的助力增益成为液压助力转向系统的一大缺点。从易于驾驶和安全性方面考虑，理想的汽车转向操纵应是低速时转向轻便，高速时有适当的手感[1]。本文介绍的智能化电液转向系统[2]，是在传统纯电动客车液压转向系统基础上增加电助力系统和电子控制系统，达到电动助力和液压助力耦合，能轻松舒适地操纵客车，使得低速时转向轻便，高速时稳定安全。

1 结构布置及组成

目前，纯电动客车液压助力转向系统的转向油泵是永磁电机驱动，为了保证转向系统正常工作，不论电动客车是否需要转向助力，转向油泵总处于工作状态，能耗较高[3]。智能化电液转向系统采用一种集成循环球式液压助力转向与电动助力转向耦合的智能化电液转向系统，其转向系统既可以纯电动助力，又可以液压助力，或者两者共同耦合助力。

由于受纯电动客车驾驶区地板高度较低和集成式智能电液转向机体积较大的限制，转向系统的集成式智能电液转向机只能侧向布置在客车底架纵梁外侧，如图1所示，其系统包含转向盘及管柱、角传动及传动轴、集成式智能电液转向机、直拉杆、转向桥等部件。

图1 智能化电液转向系统结构布置形式

集成式智能化电液转向系统是在传统的纯电动客车液压助力转向系统基础上，由液压转向机换成集成式智能电液转向机。集成式智能电液转向机包含电动助力转向装置和循环球式液压伺服转向装置。电动助力转向装置是由助力电机、减速机构、转矩及转角传感器、扭力杆等组成[4-5]。循环球式液压伺服转向装置与传统的循环球式液压助力转向器伺服结构相同；转矩及转角传感器基于接触式传感器技术，有扭矩信号及多圈位置信号输出[6]。如图2所示。

集成式智能化电液耦合助力转向系统控制部分的部件主要由集成式智能电液转向机的ECU控制单元、信号采集与处理电路、驱动电路、监测电路等组成。控制单元ECU根据设定转向助力模型使助力电机具有良好的助力效果和阻尼效果，能实现不同的保护和补偿功能，确保高速行驶转向有沉稳感，具备主动回正功能[3]。

图2 集成式智能电液转向机结构示意图

2 工作原理

纯电动客车智能化电液转向系统可以实现以下3种工作模式。

2.1 液压助力与电动助力耦合工作模式

当客车低速转弯时，转向阻力矩主要由前轴负荷形成的重力回正力矩确定，因此操纵转向盘需要较大转矩，此时电动助力装置与液压助力装置共同为转向系统提供转向助力。转向盘转动使转向机的输入轴旋转，并使扭力杆、转矩及转角传感器扭曲变形，这种扭曲变形产生电信号输入ECU控制单元，经过ECU不断计算得出转向盘转矩，为了减小驾驶员操纵力，在ECU控制单元中设定转向盘转矩目标值，当驾驶员操纵转向盘转矩达到目标值时，助力电机启动工作，驾驶员的手力与电动助力耦合后共同使转向机的伺服装置液压助力工作，实现客车耦合助力转向。助力电机提供的助力主要作用是减轻驾驶员疲劳，助力电机的助力大小可以根据驾驶员手感和客车行驶状态来调整，以达到合适的助力电机助力和驾驶员手力分配率。

2.2 电动助力单独工作模式

当客车在中速或高速转向时，行驶转向阻力矩主要由侧向力引起的回正力矩确定，车速高则转向侧向加速度大，导致车身发生倾斜，使左右轮侧向刚度变化显著，最终导致转向侧向力矩下降较大，从而使行驶转向阻力矩减小[7-8]。转向阻力矩小，液压助力系统可以停止工作，即转向油泵的驱动电机不工作，仅由电动助力克服转向阻力，以减少转向系统的能量消耗，达到节能的目的。当操纵转向盘时，转向机的转矩及转角传感器不断地测出方向盘的转向和转矩信号，该信号与车速信号同时输入到转向机的ECU。ECU根据这些输入信号(方向盘位置和车速)，确定转弯方向和助力转矩的大小，输出所需方向性的电流大小给助力电机，使助力电机驱动减速机构，带动循环球式液压伺服转向装置的输出轴左右摆动，实现客车电动单独助力转向。