电子控制液压动力转向技术在混合动力客车上的应用.pdf

设计 计算 研究 电子控制液压动力转向技术在混合动力客车上的应用 魏玲 霞 陕西欧舒特汽车股份有限公司 技术 中心 摘要电子控制液压动力转向技术是通过对传统的液压动力转向器的控制阀进行改造， 增加一套通过电子控 制的电动旁通阀，根据车速和方向盘的转角，控制进入转向器工作缸的助力油，从而改善车辆在高速时转向器 的助力特性。本文主要介绍了电子控制液压助力转向器的组成、原理及特点，及其在混合动力客车上应用。 关键词 ；电子控制液压助力转 向技术助力特 性混合 动力 客车应用 El e c t r o n i c Co n t r o l l e d Hy d r a u l i c P o we r S t e e r i n g T e c h n o l o g y Ap pl i c a t i o n o n Hy br i d Po we r Bu s W EI Li n g x i a S h a a n x i E u r o s t a r Au t o mo b i l e C o ． ， L t d ． T e c h n i c a l C e n t e r , Xi ’ a n 7 1 0 1 1 9 ， C h i n a Ab s t r a c t E l e c t r o n i c c o n t r o l h y d r a u l i c p o we r s t e e ri n g t e c h n o l o g y i s t h r o u 曲 a r e f o r ma t i o n f o r t h e c o n t r o l v a l v e o f t h e t r a d i t i o n a l h y d r a u l i c p o we r s t e e r i n g g e a r ，a d d i n g a s e t o f e l e c tr i c b y p a s s - v a l v e wi t h e l e c t r o n i c c o n t r o l l e d ，a s f o r r u n n i n g s p e e d a n d s t e e r i n g wh e e l t u m i n g a n g l e ， t o c o n t r o l t h e a s s i s t a n t o i l e n t e r e d i n t o s t e e rin g g e a r wo r k i n g c y l i n d e r ， S O a s t o i mp r o v e t h e s t e e ri n g g e a r a s s i s t a n c e c h a r a c t e r s wh e n v e h i c l e i s o n t h e h i g h s p e e d r t mn i n g c o n d i t i o n ． T h i s a r t i c l e i s ma i n l y i n t r o d u c i n g t h e e l e c tr o n i c c o n t r o l l e d h y d r a u l i c a s s i s t a n c e s t e e ri n g g e a r c o mp o s i t i o n ， t h e o r y， c h a r a c t e r a s we 1 1 a s a p p l i c a t i o n o n t h e h y b ri d p o we r e l e c t ric mo t o r c o a c h ． Ke y wo r d s El e c t r o n i c - Co n tro l l e d Hy dr a u l i c P o we r - As s i s t e d S t e e r i n g Te c h n o l o g y； As s i s t a n c e Ch a r a c t e r ；Hy b ri d P o we r E l e c tr i c M o t o r B u s ； Ap p l i c a t i o n 对于卡车、 客车等采用液压助力转向器的大型 车辆，在转向系统的设计中，车辆低速 时的操纵轻 便性和车辆在高速 时的转向灵敏性及 行使稳定性 之 间是一对很难兼顾 的矛盾 。即在车辆低速行驶 时，转向阻力较大，需要较大的转向助力。转向助 力泵的流量要满足低速 时的要求 。 而当车辆在高速 行驶时，需要较好的转向灵敏性和行驶稳定性。而 高速时由于发动机转速提高，转 向泵的流量增加 ， 往往使转向操纵力变轻 ， 操纵稳定性变差， “ 路感” 变差，不利汽车高速时的方 向控制。为解决这一问 题 ， 要求转向系统的助力特性能随着车速等行驶参 数的变化而变化 。而采用 电控液压助力转 向系统 简称 E C H P S 可以实现此要求 。 1 ． 电子控制液压助力转 向系统的组成 电子控制液压助力转向系统是在传 统的机械 2 0 1 0年第 3 期 液压动力转向系统上增加 了电控装置。如图 1 ，电 控装置主要 由电控单元 E C U 和电动旁通阀 电动 执行机构 组成，并对主阀 转 向器的控制阀的 结构进行 了改进 ，在阀内增加了旁通油路，使进入 转向器的液压油从进油 口流进 ， 经过旁通控制油路 后，再从转 向器的出油 口流出。 图 1电控液压助力转 向系统原理图 电控制单元 E C U 由 D C D C电源模块 ，C A N通 讯模块，车速处理模块，故障处理模块，电机驱动 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 计算 研究 模块 ， 位置处理模块组成。通过 C A N通讯模块检测 到车速信号，通过车速处理模块对信号滤波整形， 然后通过 电机驱动模块控制 电动执行机构， 通过位 置处理模块可实现对控制系统的闭环控制。 并通过 故障处理模块对控制过程进行监控 。 电动执行机 构即电动旁通 阀由位 置检测模块 和步进电机模块组成。 直接与液压助力转向器的控 制阀安装在一起 ；步进 电机的尾部装有位置传感 器。 主要是通过步进 电机来控制液压动力转 向系统 中的转 向油的流量 ， 使得 电子控液压助力转 向系统 的阀特性与车速相关，随车速 的变化而相应变化。 2 ． 电子崮蝴龇 助力转向 系统的控常 潞 电子控制液压助力转向系统的控制策略由E C U 输出的位置信号与装于步进 电机尾部的位置传感 器检测 的位置信号构成 闭环控制的液压助力系统。 首先把不同车速下旁通 阀开度 的理想曲线 如图2 以数据的形式存入 E C U的 R A M中， 这些数据包括了 车辆行驶所有车速范围内的最佳旁通阀的开度 。 车 辆行驶时， 车速通过 C A N通讯或车速传感器信号输 入 E C U ， 以这个参数为已知数 ，通过它可以在 R A M 中储存的表格中查询相应的最佳旁通阀开度， 在通 过步进 电机 的旋转角度与旁通阀的开度的对应关 系，计算 出步进 电机对应 的旋转角度变量存放在 F l a s h中，然后由 E C U发出指令，控制步进 电机旋 转角度按变量值旋转，改变旁通阀的开度，完成旁 通油路油量大小的调节 。 寻 曩 m 图 2 电控液压助力转 向系统控 制策 略 当旁通 阀的开度与车速对应的理想开度有误 差时， 装于步进电机尾部的位置传感器就会把信号 反馈给 E C U ， 然后通过 E C U 自动调节到规定的工作 状态 。 3 ． 电子控制液压助力转向系统工作原理 传统的转阀式动力转向器 ，在车辆直线行驶 一 2O一 时，转阀及 阀芯均处于中间位置，此时转阀及阀芯 的相对位置，使动力缸活塞两侧与进、回油路均接 通如图 3 A ，使得从转 向油泵排出的液压油经过转 向器的分配 阀后又回到储油罐中， 动力转 向不起作 用。 当车辆转弯时， 驾驶员操纵方向盘转动一角度 ， 使得转向轴带动阀芯转动， 从而改变了转阀与阀芯 所构成的油液通路，使动力缸一侧与进油 口接通， 另一 口与进油 口隔绝如图 3 B ，并通过转阀上的回 油通路流回储油罐，实现动力转 向。 电子控制液压助力转 向系统与传统的转 阀式 动力转向系统基本相同， 仅液压油从转向器的进油 口流入后，又经过旁通油管路，通过旁通阀控制流 量后，再经转阀上的回油通路流回储油罐。而旁通 阀是由 E C U控制的。车辆行驶时，一方面通过装在 车轮上 的车速传感器不断的采集车速信号或通过 C A N通讯从符合 3 1 9 3 9协议的汽车 C A N网络中直接 获取车速信号，输入到电子控制单元即 E C U中。电 子控制单元 E C U 根据输入的车速信号及事先设 定的控制策略 图 2 ，计算出预定的控制旁通 阀 回油节流 口所需 的开度即步进 电机对应的旋转角 度 ，然后发出控制信号，通过驱动电路驱动电动执 行机构完成开或关阀的动作 ， 控制旁通节流 口开到 与汽车行驶车速相对应 的开度， 使转向动力放大倍 率实现连续可调。 A B 图 3常流式转阀动 力转 向器液压油流 向 当 E C U从 C A N通讯或车速传感器获取的信号， 经 E C U分析有故障 ， 就会调用储存在 E C U中的故障 模式，对现有的故障进行判断，若是严重故障，立 即切断 E C U的电源， 使得转 向器可按传统的液压助 力模式工作 若经 E C [ J 分析，所出现故障与 E C U中 储存 的故障进行比较 ，判断故障属于普通故障，则 通过仪表板上的故障灯及故障代码告知驾驶员， 此 汽 车 实 用 技 术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 计算 研究 时电子控制液压助力转 向系统还可继续使用 ， 但不 是正常的控制状态。 4 ． 电子控制液压助力转向系统的特点 1 与普通的液压助力转向器 H P S 相比，电 子控制液压助力转向器 E C H P S 通过转阀式电动 旁通阀控制主阀特性 ，获得随车速变化的阀特性 如 图 4 。普通的液压助力转向器 H P S 的控制 阀只能够得到一个 固定的随方向盘输入扭矩变化 的助 力特性 曲线 ，而 电子控制 液压 助力转 向器 E C H P S 在同一方向盘输入扭矩下，根据不同的 车速 ， 及事先 设 定 的控 制 策略， 可得到 一 个 随 车 速 连 续 变 化 的 助力特性，车 速 高 时助 力 压力小，车速 低 时 助 力 压 力大 。即使转 向器 的助 力 特 性 由一 个 曲线 变 成 为 一 个 曲面。 __} _l - ‘ 5 ；f 0| 2 0 ’●。_ ____。一 咖 q“ ， ● _ F 』 ， 矗I{ IJ 救豹输入扭 N m 图 4控制特性 图 2 由于 电液助力转 向系统的助 力特性可根据 转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，改善 了低速时转 向的轻便性，高车速时的操纵稳定性， 使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车 。 3 通过软件编程和硬件控制， 可得到覆盖整个 车速 的可变转 向力 。可变转 向力的大小取决于车 速 。无论是停车，低速或高速行驶时，它都能提供 可靠的，可控性好的感觉，而且更易于操作。 4 该系统结构简单，安全可靠，在电气系统 发生故障时， 能确保系统维持普通液压动力转 向器 的输入输 出特性。 5 ． 在混合动力车上的应用 根据现代客车节能减排绿色环保的设计理念 ， 我公司开发了 S X 6 1 1 4 G G车。选择在此车上使用江 门生产的电子控制液压助力转 向系统， 可 以更好 的 2 0 1 0年第 3 期 利用整车的 C A N通讯， 实现对 电子控制液压助力转 向系统的控制要求。 此车属于并联式油电混合动力车， 采用发动机 和 电动机两套独立的驱动系统驱动车轮。 驱动系统 根据整车控制策略可以采用发动机单独驱动 ， 电动 机单独驱动 ，发动机 电动机混合驱动三种模式。 而在传统的燃油车中， 通常使用由发动机驱动 车轮的一种模式， 液压泵也是靠发动机的驱动来实 现动力转向。所以并联式混合动力客车 6 1 1 4 G G的 转 向系设计与传统车型相比有所不同 1 车辆运行在纯电动模式时，如何解决动力 转 向的问题 ； 2 在发动机和 电动机同时工作时，怎样解决 液压油泵动力供给的唯一性； 3 如何利用整车的 C AN 通讯系统与电控液压 助力转 向系统的控制系统信号连接； 为了解决上述 问题 ， 实现对动力转 向系统精准 控制，对转 向系统作如下布置。 5 ． 1动力转 向管路的布置 采用 电动转 向油泵与发动机驱动转 向油泵双 套液压系统， 即电动机驱动的转向液压系统与发动 机驱动转向液压系统并存。 通过整车控制器的控制 策略，使得只要发动机工作 ，动力转 向系统的液压 泵就由发动机驱动，电动转向油泵不工作 ， 只有在 纯 电动工况下，电动油泵才能工作，并且为了防止 电动转向油管路油液与发动机驱动转 向油管路油 液反流，在管路 中增加了两个液压单 向阀，如图 5 所示 。 l、 、 、 一 。 醇 、 复 酗 蝌 _ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 计算 研究 5 ． 2电子控制液压助力转向系统的布置 由于所采用的电子控制液压助力转向器在外 型尺寸， 性能参数上与我们通常使用的液压助力动 力转向器基本相 同， 仅在转向器上增装了电动旁通 阀。所以布置方式与传统的左置立式布置相 同，为 一 j L ＼ 一0 0 一 一 。 避 免运动干涉 ，采用作图法确定转 向器的具体位 置 。 对于控制器根据其外型及尺寸布置在仪表盘 下的地方，尽量靠近转向器，便于控制器线束的安 装具体见图 6 。 图 6控制器布置 6 ． 应用电子控制液压助力转 向系统应 注意的问题 1 应用电子控制液压助力转 向系统要求有车 速传感器或合适的 C A N总线系统。 2 当控制器系统通 电工作中，在点火开关未关 闭 时，不要随意拆下电源线和打铁线，以免丢失电控 单元 的信息数据 。 3 不要打开 电子控制器 的盖板，以防不慎造 成控制系统故障。 4 当在车上需要进行 电弧焊时，应断开电子 控制单元的电源，避免焊接 时高 电压损坏 电控单 000 。 ． 一 ＼ ． 混合动力客车上试用 ，其操稳性及安全性正在体 现 。 总之， 电子控制液压助力转 向系统提供 了一种 多重静特性 曲线 ，可以获得理想 的汽车操纵稳定 性。随着人们对稳定性，安全性的要求提高，确信 电子控制液压助力转向系统会得到广泛应用。 参考文献 [ 1 ]蒋丛生， 周士贵， 肖国明．一种电控液压助力转向锯电 控装置． 2 0 0 9年度 中国汽车工程学会转 向技术学术年 会论文汇编． [ 2 ]刘惟信 主编 ．汽车设计 [ M ] ．北京清华大学出版社 ， 7 ． 结束语 。 经过对 电子控制液压助力转 向系统在 6 1 1 4 G G 陈清泉， 孙逢春．混合动力 电动汽车基础 [ M ] ． 北京 t 北 京理工大学出版社，1 9 9 3 ． 汽 车 实 用 技 术 ■ 一 0 强 誓 一 ． ㈠ ． ． 1 _ 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m