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

1、當(dāng)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(jiǎn)稱HPS），因其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，導(dǎo)致車輛在轉(zhuǎn)向過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)低速輕便與高速“路感”的良好兼容。同時(shí)，因 HPS系統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，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(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能耗較高，造成整車能耗偏大，燃油經(jīng)濟(jì)性下降。針對(duì)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(jiǎn)稱E-ECHPS）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向油泵之間增設(shè)一套電磁離合器（Electromagnetic Clutch-Electrical，簡(jiǎn)稱ESC）裝置，在實(shí)現(xiàn)輸出助力可調(diào)的同時(shí)，基于全局功率匹配原理設(shè)計(jì)助力特性曲線，實(shí)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(guò)如下內(nèi)容對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真，并進(jìn)行了ESC的相關(guān)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，為后續(xù)的開(kāi)發(fā)工作積累了理論基礎(chǔ)：
　　在對(duì)E-ECHPS系統(tǒng)和ESC的結(jié)構(gòu)組成及工作原理的分析基礎(chǔ)之上，建立了AMESim與Matlab/Simulink的動(dòng)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(xué)模型，推導(dǎo)出了特定車速下的轉(zhuǎn)向阻力矩分布情況。并利用實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了ESC經(jīng)驗(yàn)公式的準(zhǔn)確性。
　　基于全局功率匹配原理，設(shè)計(jì)了全局功率匹配的助力特性。該助力特性通

4、過(guò)接受瞬時(shí)轉(zhuǎn)向阻力矩信號(hào)調(diào)節(jié)ESC輸入電流大小，通過(guò)改變ESC轉(zhuǎn)差實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出助力矩與轉(zhuǎn)向阻力矩的匹配。設(shè)計(jì)了E-ECHPS系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制方法，并在此基礎(chǔ)上對(duì)全局功率匹配助力特性及整車模型進(jìn)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(yīng)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(yīng)變化，克服了傳統(tǒng)助力特性的設(shè)計(jì)不足；同時(shí)通過(guò)對(duì)E-ECHPS系統(tǒng)與HPS系統(tǒng)操縱穩(wěn)定性的仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比

5、，E-ECHPS系統(tǒng)能夠顯著提高重型車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)的低速輕便性與高速“路感”。
　　在對(duì)比 HPS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究了 E-ECHPS系統(tǒng)的節(jié)能機(jī)理。通過(guò)對(duì)E-ECHPS系統(tǒng)的能量流特性進(jìn)行分析，對(duì)本系統(tǒng)各環(huán)節(jié)能耗建立相應(yīng)模型，并進(jìn)行多工況仿真。通過(guò)仿真數(shù)據(jù)對(duì)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(shí)驗(yàn)臺(tái)架。通過(guò)ESC臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，獲得了在模擬實(shí)際工況下ESC響應(yīng)敏捷性