基于全局功率匹配的E-ECHPS系統(tǒng)助力特性設計與能耗分析.pdf

1、當前，重型車輛仍舊普遍沿用助力特性單一的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering，簡稱HPS），因其設計特點，導致車輛在轉(zhuǎn)向過程中無法實現(xiàn)低速輕便與高速“路感”的良好兼容。同時，因 HPS系統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向油泵由發(fā)動機直接驅(qū)動，轉(zhuǎn)向油泵轉(zhuǎn)速隨車速升高而增大，容易超出溢流閥限，產(chǎn)生較大溢流損失，導致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能耗較高，造成整車能耗偏大，燃油經(jīng)濟性下降。針對以上不足，根據(jù)所研究的電磁離合器式電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ Elec

2、tromagnetic Clutch-Electrical Controlled Hydraulic Power Steering，簡稱E-ECHPS）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)點，通過在發(fā)動機與轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向油泵之間增設一套電磁離合器（Electromagnetic Clutch-Electrical，簡稱ESC）裝置，在實現(xiàn)輸出助力可調(diào)的同時，基于全局功率匹配原理設計助力特性曲線，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)低速輕便與高速“路感”的統(tǒng)一，并兼顧了系統(tǒng)節(jié)能性。本文通

3、過如下內(nèi)容對整個系統(tǒng)進行建模與仿真，并進行了ESC的相關臺架實驗，為后續(xù)的開發(fā)工作積累了理論基礎：
　　在對E-ECHPS系統(tǒng)和ESC的結(jié)構(gòu)組成及工作原理的分析基礎之上，建立了AMESim與Matlab/Simulink的動態(tài)聯(lián)合仿真模型。根據(jù)轉(zhuǎn)向阻力矩的形成原理及數(shù)學模型，推導出了特定車速下的轉(zhuǎn)向阻力矩分布情況。并利用實驗，驗證了ESC經(jīng)驗公式的準確性。
　　基于全局功率匹配原理，設計了全局功率匹配的助力特性。該助力特性通

4、過接受瞬時轉(zhuǎn)向阻力矩信號調(diào)節(jié)ESC輸入電流大小，通過改變ESC轉(zhuǎn)差實現(xiàn)系統(tǒng)輸出助力矩與轉(zhuǎn)向阻力矩的匹配。設計了E-ECHPS系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制方法，并在此基礎上對全局功率匹配助力特性及整車模型進行聯(lián)合仿真，結(jié)果表明在改變轉(zhuǎn)向阻力矩而不改變輸入力矩的情況下，全局功率匹配助力特性很好地適應了轉(zhuǎn)向阻力矩的變化情況，使系統(tǒng)輸出助力跟隨阻力矩發(fā)生相應變化，克服了傳統(tǒng)助力特性的設計不足；同時通過對E-ECHPS系統(tǒng)與HPS系統(tǒng)操縱穩(wěn)定性的仿真實驗對比

5、，E-ECHPS系統(tǒng)能夠顯著提高重型車輛在轉(zhuǎn)向時的低速輕便性與高速“路感”。
　　在對比 HPS系統(tǒng)的基礎上，研究了 E-ECHPS系統(tǒng)的節(jié)能機理。通過對E-ECHPS系統(tǒng)的能量流特性進行分析，對本系統(tǒng)各環(huán)節(jié)能耗建立相應模型，并進行多工況仿真。通過仿真數(shù)據(jù)對比，結(jié)果表明E-ECHPS系統(tǒng)較HPS系統(tǒng)在能量節(jié)約方面作用明顯，能耗降低約44％。
　　搭建了ESC實驗臺架。通過ESC臺架實驗，獲得了在模擬實際工況下ESC響應敏捷性