中图分类号： U463. 44 文献标识码：B 文章编号：
Experimental Study on Energy Conservation Mechanism of Electro Hydraulic Power Steering System
WANG Jun，CHEN Yong
(Faculty of Transportation Engineering, Huaiyin Institute ofTechnology, Huaian 223003, China)
Abstract: The article builds electro hydraulic power steering (EHPS) test platform , which includes main control platform, testing module and steering resistance loading module to study the energy conservation mechanism of EHPS system. By testing the energy consumption of EHPS system main components with the platform, study key factors which influence the energy consumption of EHPS system. The experimental results show that the energy consumption of EHPS system’s non-steering and low steering demand working condition have greater influence on the whole system energy consumption. The results of the research can be used to guide new type of EHPS system’s development.
Key words: electro hydraulic power steering system; energy conservation mechanism; experiment
1 前言
电动液压助力转向系统（EHPS）是在液压助力转向系统的基础上发展起来的，不再以发动机驱动液压泵，而是使用电动机驱动。这样相对于原液压助力转向系统它主要有三方面优势[1]：⑴在转向过程中通过控制电动机的转速来控制液压油流量，从而控制转向手力，满足轻便性；⑵在没有转向操作时的液压油流量极低，提高了燃油经济性；⑶随着速度的提高，适当减少液压油流量，不仅节约了能耗，还抑制了高速转向发飘，提高了高速转向时的手感。
本文通过搭建EHPS系统试验平台，通过试验找出影响EHPS系统能耗的主要因素，提出了解决的方法。
2 电动液压助力转向系统组成和工作原理
电动液压助力转向系统EHPS的基本组成如图1所示，主要包括:转向盘、转向柱、转向盘转角传感器、速度传感器、电控单元（ECU）、助力电机、液压泵、转向器及转向车轮等。
图1 EHPS系统的结构图
转向时，EHPS系统的ECU根据车速、方向盘角速度传感器传来的信号，经运算处理后输出脉宽调制(PWM)的占空比信号，以控制直流无刷电机的转速，使电机驱动的液压泵的输出流量发生改变，进而控制进入助力油缸油液的压力，以控制助力大小。
3 试验台的建立
3.1 试验台系统组成
搭建该试验平台主要是研究EHPS系统能量消耗情况。试验台采用模块化设计方法， EHPS系统试验平台由EHPS试验主控平台、EHPS系统、转向阻力加载模块（根据整体动力学模型来模拟，转向阻力由液压加载系统提供）、以及测试模块组成。
3.2 基本工作原理
EHPS系统试验平台由方向盘输入转向信号，转向阻力加载模块根据测试模块提供的方向盘的角速度信号和速度信号来提供相应的转向阻力，同时测试模块采集EHPS系统中各个测试点的数据进行数据分析。
3.2.1 转向阻力加载模块
转向阻力加载模块用来根据实际行驶速度和转向角度，模拟实时转向阻力，如图2所示。目前国内转向试验台一般采用弹簧加载方式。这种加载方式的优点是结构简单、成本较低，但由于弹簧的弹性系数不能实时调节，从而不能准确地模拟各种转向工况下的转向阻力。为克服上述缺点，该仿真试验平台采用了液压加载系统，加载油缸产生的轴向阻力直接加载到EHPS系统的助力油缸的输出端。
位移传感器用来确定方向盘是否回到中位，拉压传感器用来检测实际作用在齿条上的阻力大小。转向时，EHPS系统试验主控平台根据实际运行工况（方向盘转角θ和车速V），实时计算出转向阻力，并传递给液压加载控制单元，通过控制比例压力控制阀和比例方向阀来控制进入加载液压缸的压力和流量，从而实现转向阻力随运行工况变化而变化的特性[6]。
图2 试验台转向阻力加载模块和测试系统模块
3.2.2 测试模块
电动液压助力转向系统试验台测控模块主要采集EHPS系统液压泵的输出压力、流量、温度信号，方向盘角速度、转角、扭矩信号，助力油缸的拉压力、位移信号，直流无刷电机的转速、电流信号，对转向阻力进行控制，如图3所示。主控平台采用工控机，测试系统数据采集软件用虚拟仪器技术开发。
4 试验结果分析
由于转向系统的功能要求，即使在没有转向的条件下转向系统的流量也必须被维持（开式中心转向阀）。因为操作人员可能随时需要转向操作。
4.1 定液压阻力下电机电流消耗情况
图3所示为EHPS系统动力单元克服一个不变的液压阻力P＝0.2MPa时，电机电流的消耗和液压泵输出流量的关系图。从图中可以看出，随着电机转速增加（即输出流量的增加），电机电流的消耗呈现二次曲线的方式增长。如果液压阻力增加的话电流可能会更高（如连接管路变长，油液黏度的变化，转向阀节流口面积的变化等）。
图3 定液压阻力下电流消耗和输出流量的关系
4.2 变输出流量下系统背压对电流消耗的影响
图4所示为在不同输出流量下液压系统的背压对应电流消耗的影响。
非转向工况下，电机电流的大小对转向系统的节能有很大的影响。低转向需求占转向循环的比例明显要多于90%，通过减少动力单元的转速（流量）或减少液压损失（使用低泄漏的阀，缩短进出油管长度等）来减少电机的电流是完全可行的。
图4 变输出流量下液压系统背压对应电流消耗的情况
5 结论
通过建立EHPS系统的试验平台来分析系统的节能机理。在实际转向循环中，EHPS系统的能耗主要消耗在非转向工况和低转向需求工况。对EHPS系统而言，功率消耗多少是由待机消耗来决定的。通过研究EHPS系统非转向工况和转向工况之间的快速转换规律来降低非转向工况的能耗是目前主要研究的目标。
参考文献
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