旁通流量式ECHPS系统建模与助力特性设计

摘要

目前中重型商用车普遍采用液压助力转向系统(HPS,HydraulicPowerSteering),由于HPS转向助力特性不能随车速的变化而变化,设计时一般以满足车辆原地转向或低速急转向时的操纵轻便性为主,因此当车辆高速(车速大于80km/h)行驶时,驾驶员就会觉得“路感”不足或方向盘“发飘”,容易造成转向幅度过大而危及车辆的行驶安全性。运用电子控制技术构建中重型车辆电控液压助力转向(ECHPS,ElectricalControlledHydraulicPowerSteering)系统是克服传统HPS性能缺点的有效途径。本文基于液压助力转向系统电控技术的国内外研究现状,从ECHPS系统的基本原理和实现方式、旁通流量控制式ECHPS的设计方案与系统建模、助力特性设计与验证等方面进行了深入研究。
　　 首先分析了电控液压助力转向系统的国内外研究现状,在此基础上提出了本课题的研究方案。分析了旁通流量式ECHPS系统的结构和工作原理,介绍了所选用的2FRE6型比例调速阀的结构及工作原理。建立了旁通流量式ECHPS系统的动力学模型,基于二自由度车辆模型建立了ECHPS系统助力特性曲线的仿真模型。
　　 其次,将传统的HPS助力特性和ECHPS助力特性进行对比分析,结果表明,转阀的结构参数是影响助力特性的重要因素。为此,对ECHPS系统的转阀静态特性进行了详细分析,建立其simulink模型,通过仿真分析了转阀各结构参数对转向系统助力特性的影响,并对相关结构参数进行了优化。
　　 最后,根据商用车转向轻便性和路感的要求,分析了转向助力特性曲线的设计要求、理想的助力特性曲线形式以及驾驶员理想的转向盘输入转矩;介绍了三种助力特性曲线的形式,并分析其优缺点,根据中重型商用车转向系统的特点,选择了曲线型助力特性曲线,对曲线型助力特性曲线的设计方法进行了研究,基于MATLAB/SIMULINK仿真设计,设计出ECHPS系统的曲线型助力特性曲线,并通过台架试验进行验证。
　　 研究结果表明,本文设计的助力特性曲线满足了中重型商用车对转向路感和转向轻便性的要求,与传统的HPS系统相比,ECHPS系统的转向轻便性得到了很大的提升,当车辆在原地转向或低速行驶工况下,转向助力系统能够提供较大的助力帮助驾驶员实现转向操作,大大减小了驾驶员作用在转向盘上的操纵力矩;同时,ECHPS系统的转向路感也有了很大的改善,当车辆在中高速行驶工况下进行转向操纵时,转向助力系统只提供很小的助力甚至不提供助力,使驾驶员获得良好的路感,提高驾驶安全性。ECHPS系统兼顾转向轻便性和转向路感,解决了传统HPS系统“轻”与“灵”的矛盾。