新能源公交車電控液壓助力轉向系統仿真研究

李 冰

(濰坊職業學院，山東 濰坊 261041)

1 電控液壓助力轉向系統的結構組成

該系統主要由機械轉向系統、電動液壓供給系統以及電控單位3個部分組合而成。

1.1 機械轉向系統

機械轉向系統包含了方向盤、轉向桿、減速傳動器及內部結構，該結構主要是幫助駕駛員在實施轉向操作的時候能夠盡可能減少車輪和地面的滑動位移。

如果該結構因為故障原因無法實施轉向，駕駛員必須要通過手動操作強行轉向，小型汽車因為本身荷載較小，所以司機可以通過手動操作完成轉向，但是大型公交車自身荷載過大，即使人為操作依然可能無法克服強大的阻力，所以大型公交車的助力轉向系統在設計的過程中應該重點考慮安全性以及可靠性。

1.2 液壓助力系統

液壓助力系統由電動泵和動力轉向器2個部分組成，電動泵由電機和油泵2個部分連接而成，二者共同作用完成系統的運轉工作，當前汽車中應用比較廣泛的動力轉向器為循環球、齒輪齒條2種模式。液壓助力系統根據工作模式的不同又可以被分為流量控制、動力缸分流控制等。液壓助力系統在內部電動泵的帶動之下推動系統工作，電動泵運行過程中能夠將電能轉化為動能，將這種動力傳輸到動力缸中進行活塞運動。電動液壓助力系統如圖1所示：

圖1 電動液壓助力系統示意圖

1.3 電控單元

傳統汽車的動力轉向器只有在發動機啟動之后才能夠運行，因此處于一種被動的狀態，但是新能源汽車的動力轉向器是由單獨的電機提供動力，能夠根據實際車速、轉向角度主動調節轉向的節奏實現良好的協調效果。該結構的工作原理主要是電控單元在接收到實際車速、方向盤轉角等信息之后，在助力模型曲線的控制下改變電機的轉速大小協助車輛進行轉向助力，助力模型曲線從而能夠節省液壓系統的燃油量，減少供油壓力。不同車型的助力特性曲線內部參數會根據車速、行程、最大荷載等多種因素共同制定，并且安全起見還需要設置獨立的診斷以及安全保護程序。

2 電動液壓轉向器仿真建模研究

2.1 動力轉向器的工作原理

轉向器內部的轉閥位于轉向器的中心位置，在汽車保持直線運行的時候，轉閥起到了至關重要的作用。該結構的外部圓形組件和閥體形成一種滑動的配合效果，零件之間的空隙很小，因此必須具有較高的零件配合度以及精度，該結構能夠保證閥體的縱槽和槽肩之間的液體能夠良好流通，在動力轉向器的上部設置專門的進油孔，通過油管將油泵和轉向系統的油罐連接起來，液壓油經過縱槽流向外部的徑向油孔，穿過調整螺塞間的空隙進入回油口，最后進入油罐。如果方向盤位于某一個位置固定不變，則閥體會在液壓以及扭桿的共同作用之下，沿著方向盤的某個角度旋轉，使得轉閥的相對位移變小，減少上下動力油壓，雖然如此仍然也會存在無法消除的助力推動，此時只有保證助力矩陣和車輪的回正力保持均衡才能夠使得車輪處于固定的轉向位置。

2.2 異步電動機矢量調整模型

傳統汽車轉向系統中所用的助力電機都具備自身比較獨特的優勢，其中異步電機因為體積較小，組成結構簡單并且具有良好的調速控制性能而被廣泛應用[2]。在新能源汽車的轉向系統中，異步電機內部的系統結構通常采用開環的間接矢量控制系統，相較于直接控制方式更為簡單，因為內部多為強耦合，非線性的組成，只有依靠成熟良好的矢量控制技術才能夠形成理想的調速控制效果，同時因為矢量控制根據磁場的方向而定，因此可以通過增幅電流的方式對其進行控制，具有更好的動態使用效果。

2.3 轉向控制助力分析

助力控制首先分析轉向助力的變化特征，根據實際使用工況的調查分析找到助力壓力和轉向手力間的函數關系。當汽車處于靜止或者低速行駛時，轉向阻力基本不變，但是當汽車提速之后，轉向阻力會因加速而變小。在運行中汽車內部助力的變化會導致內部轉向動力出現相應地調整，因此需要針對轉向系統內部的助力特性規律進行研究。新能源汽車在低速運行時，手動操作比較多，當汽車運行起來之后，因為克服了大量的轉向阻力，所以在保持車輛平穩運行的前提條件之下，駕駛員需要做出的操作指令相對較少。比較理想的操作方案應該是在車輛低速運行時駕駛員保持車輛平穩運行之后，應立刻轉向省力，在高速運轉車輛穩定性變差的情況下，應立即進行轉向操作，防止出現急轉彎的情況[3]。因此在建立轉向控制助力分析模型時，一定要將上述因素考慮進去。

3 小結

通過上文的論述可以發現在新能源公交車中安裝電動助力轉向系統能夠有效幫助駕駛室的司機緩解駕駛壓力，同時又可以滿足新能源汽車純電動運行時轉向要求。