新能源公交车电控液压助力转向系统仿真研究

2020-08-25李冰

湖北农机化 2020年12期

关键词：转向器电控液压

李冰

(潍坊职业学院，山东潍坊 261041)

1 电控液压助力转向系统的结构组成

该系统主要由机械转向系统、电动液压供给系统以及电控单位3个部分组合而成。

1.1 机械转向系统

机械转向系统包含了方向盘、转向杆、减速传动器及内部结构，该结构主要是帮助驾驶员在实施转向操作的时候能够尽可能减少车轮和地面的滑动位移。

如果该结构因为故障原因无法实施转向，驾驶员必须要通过手动操作强行转向，小型汽车因为本身荷载较小，所以司机可以通过手动操作完成转向，但是大型公交车自身荷载过大，即使人为操作依然可能无法克服强大的阻力，所以大型公交车的助力转向系统在设计的过程中应该重点考虑安全性以及可靠性。

1.2 液压助力系统

液压助力系统由电动泵和动力转向器2个部分组成，电动泵由电机和油泵2个部分连接而成，二者共同作用完成系统的运转工作，当前汽车中应用比较广泛的动力转向器为循环球、齿轮齿条2种模式。液压助力系统根据工作模式的不同又可以被分为流量控制、动力缸分流控制等。液压助力系统在内部电动泵的带动之下推动系统工作，电动泵运行过程中能够将电能转化为动能，将这种动力传输到动力缸中进行活塞运动。电动液压助力系统如图1所示：

图1 电动液压助力系统示意图

1.3 电控单元

传统汽车的动力转向器只有在发动机启动之后才能够运行，因此处于一种被动的状态，但是新能源汽车的动力转向器是由单独的电机提供动力，能够根据实际车速、转向角度主动调节转向的节奏实现良好的协调效果。该结构的工作原理主要是电控单元在接收到实际车速、方向盘转角等信息之后，在助力模型曲线的控制下改变电机的转速大小协助车辆进行转向助力，助力模型曲线从而能够节省液压系统的燃油量，减少供油压力。不同车型的助力特性曲线内部参数会根据车速、行程、最大荷载等多种因素共同制定，并且安全起见还需要设置独立的诊断以及安全保护程序。

2 电动液压转向器仿真建模研究

2.1 动力转向器的工作原理

转向器内部的转阀位于转向器的中心位置，在汽车保持直线运行的时候，转阀起到了至关重要的作用。该结构的外部圆形组件和阀体形成一种滑动的配合效果，零件之间的空隙很小，因此必须具有较高的零件配合度以及精度，该结构能够保证阀体的纵槽和槽肩之间的液体能够良好流通，在动力转向器的上部设置专门的进油孔，通过油管将油泵和转向系统的油罐连接起来，液压油经过纵槽流向外部的径向油孔，穿过调整螺塞间的空隙进入回油口，最后进入油罐。如果方向盘位于某一个位置固定不变，则阀体会在液压以及扭杆的共同作用之下，沿着方向盘的某个角度旋转，使得转阀的相对位移变小，减少上下动力油压，虽然如此仍然也会存在无法消除的助力推动，此时只有保证助力矩阵和车轮的回正力保持均衡才能够使得车轮处于固定的转向位置。

2.2 异步电动机矢量调整模型

传统汽车转向系统中所用的助力电机都具备自身比较独特的优势，其中异步电机因为体积较小，组成结构简单并且具有良好的调速控制性能而被广泛应用[2]。在新能源汽车的转向系统中，异步电机内部的系统结构通常采用开环的间接矢量控制系统，相较于直接控制方式更为简单，因为内部多为强耦合，非线性的组成，只有依靠成熟良好的矢量控制技术才能够形成理想的调速控制效果，同时因为矢量控制根据磁场的方向而定，因此可以通过增幅电流的方式对其进行控制，具有更好的动态使用效果。

2.3 转向控制助力分析

助力控制首先分析转向助力的变化特征，根据实际使用工况的调查分析找到助力压力和转向手力间的函数关系。当汽车处于静止或者低速行驶时，转向阻力基本不变，但是当汽车提速之后，转向阻力会因加速而变小。在运行中汽车内部助力的变化会导致内部转向动力出现相应地调整，因此需要针对转向系统内部的助力特性规律进行研究。新能源汽车在低速运行时，手动操作比较多，当汽车运行起来之后，因为克服了大量的转向阻力，所以在保持车辆平稳运行的前提条件之下，驾驶员需要做出的操作指令相对较少。比较理想的操作方案应该是在车辆低速运行时驾驶员保持车辆平稳运行之后，应立刻转向省力，在高速运转车辆稳定性变差的情况下，应立即进行转向操作，防止出现急转弯的情况[3]。因此在建立转向控制助力分析模型时，一定要将上述因素考虑进去。