EHPS轉向油泵測試系統(tǒng)研究

胡 勇，雷崇彪

（1.陽江職業(yè)技術學院，廣東陽江 529566；2.深圳市杰瑞機電有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

電動液壓助力轉向系統(tǒng)（Elector-Hydraulic Power Steering，以下簡稱EHPS）的發(fā)展源于傳統(tǒng)機械液壓助力轉向系統(tǒng)(HPS)，其工作平順、功率密度高，還具有可變助力特性、轉向操控手感好和燃油經(jīng)濟性高等優(yōu)點，應用越來越廣泛[1]。國內對EHPS的研究較遲，近年來EHPS技術也取得很大突破。研究主要集中在：（1）通過能耗分析，對電動液壓助力轉向系統(tǒng)進行參數(shù)優(yōu)化；（2）建模，進行仿真研究；（3）研究控制策略；（4）試驗技術研究。

王喬采用理論與應用相結合、仿真與試驗相結合的研究方法，研究了電動液壓助力轉向系統(tǒng)，深入分析研究了EHPS的工作原理和助力特性，對EHPS控制器和樣機創(chuàng)新開發(fā)設計并試驗驗證。謝歡欣提出一種新型的雙油泵式電動液壓助力轉向系統(tǒng)，通過研究電動客車轉向系統(tǒng)的具體結構形式，設計油路和驅動電路的連接方式，設計雙油泵式電動液壓助力轉向系統(tǒng)結構；分析了雙油泵驅動系統(tǒng)工作原理，建立雙油泵驅動系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型。通過電流調節(jié)器和轉速調節(jié)器實現(xiàn)雙閉環(huán)PI控制，對兩電機的轉速進行調節(jié)并分別進行仿真分析，提出了雙油泵驅動系統(tǒng)工作模式切換控制策略。在系統(tǒng)測試平臺上進行了雙油泵式電動液壓助力轉向系統(tǒng)的臺架試驗，驗證了控制策略的有效性[2]。

帶有基本測控功能的轉向油泵試驗裝置在國內應用不少，在功能、可靠性、操作性、性價比、售后服務方面都有一定欠缺，產(chǎn)品的適應性差[3]。陳宇亮等根據(jù)中華人民共和國汽車行業(yè)標準，對汽車動力轉向油泵的相關試驗經(jīng)驗總結，設計了關于汽車動力轉向油泵低溫試驗完整的測試方法，在相關試驗臺進行改進。這套測試方法包括了對汽車動力轉向油泵低溫試驗試驗臺的研究以及測試方法的思考，以達到實現(xiàn)汽車動力轉向油泵低溫試驗的目的[4]。

目前對EHPS系統(tǒng)的試驗開展的研究不是很多，特別針對EHPS系統(tǒng)轉向油泵測試系統(tǒng)更少。能滿足客戶定制需求的EHPS系統(tǒng)轉向油泵測試系統(tǒng)更少。綜上所述，根據(jù)相關標準和實際車輛運行工況，充分考慮到性價比因素，設計了EHPS系統(tǒng)轉向油泵測試系統(tǒng)，以滿足測試需求。

1 EHPS轉向油泵測試系統(tǒng)的確定依據(jù)

在2014年10月1日起實施的《QC/T 972-2014汽車電控液壓助力轉向器總成技術要求及試驗方法》，規(guī)定了汽車電控液壓助力轉向器總成技術要求及試驗方法。主要在汽車電控液壓助力轉向器總成，包括循環(huán)球式電控液壓助力轉向器總成及齒輪齒條式電控液壓助力轉向器總成方面技術要求和試驗方面作了詳細規(guī)定。該標準細化了技術參數(shù)的定義、計算和控制范圍。圖1為轉向油泵的流量特性圖，EHPS轉向油泵測試系統(tǒng)根據(jù)流量特性圖設計跑合實驗時轉向油泵的壓力控制[5]。其他工況參照相關標準和產(chǎn)品實際情況制定。

圖1 轉向油泵的流量特性圖

2 EHPS轉向油泵測試系統(tǒng)測試項目的確定

2.1 根據(jù)客戶現(xiàn)實需求

某新能源汽車EHPS轉向系統(tǒng)在交付使用后，驅動油泵電機作為EHPS系統(tǒng)的動力能源，驅動轉向油泵，以完成轉向。但在實際應用中轉向系統(tǒng)發(fā)生偶發(fā)無助力故障，存在一定安全隱患。針對這一問題，需設計一套針對EHPS系統(tǒng)轉向油泵測試系統(tǒng)。

通過對轉向油泵的性能測試，進而判斷轉向油泵驅動電機及其控制器的工作情況。

本測試系統(tǒng)需能模擬汽車實際轉向工況，達到預防故障、改進測試技術和提高轉向可靠性的目的。

本測試系統(tǒng)主要用于轉向油泵測試，模擬轉向系統(tǒng)實際工況，測試轉向油泵各種性能。為EHPS轉向油泵問題的發(fā)現(xiàn)和改正提供測試條件，提高EHPS系統(tǒng)可靠性。

同時本系統(tǒng)也可完成測試不同轉速下轉向油泵的流量、壓力，為轉向油泵的調速節(jié)能提供參考數(shù)據(jù)。

2.2 參考轉向油泵的運行工況

在實車運行中，本測試系統(tǒng)主要測試EHPS轉向油泵的運行工況。

由于低溫情況下，轉向油受溫度影響大，會產(chǎn)生粘滯現(xiàn)象導致發(fā)動機轉矩需求增大，EHPS系統(tǒng)轉向油泵驅動電機工作負荷明顯增加，導致轉向油泵驅動電機啟動時易失步。因此EHPS系統(tǒng)轉向油泵的驅動電機在啟動時發(fā)生故障機率大，且該啟動故障多發(fā)生于低溫情況下。

由于車輛運行情況多變，路面復雜。車輛運行中特定情況下，會因路況較差，急打方向盤導致油路負荷突變，EHPS系統(tǒng)轉向油泵的驅動電機響應不及時，且在調節(jié)過程中失調，因此需要對EHPS系統(tǒng)轉向油泵運行故障檢測。

EHPS系統(tǒng)方向盤打死時，EHPS系統(tǒng)油泵處于最大負荷狀態(tài)，EHPS系統(tǒng)電機調節(jié)較差時導致電流發(fā)散，電機失步，導致EHPS系統(tǒng)轉向油泵驅動電機停機，系統(tǒng)突然失去助力引起方向盤彈手。

2.3 測試項目的確定

測試系統(tǒng)的測試內容如表1所示。

3 EHPS轉向油泵測試系統(tǒng)的研制

3.1 EHPS轉向油泵測試系統(tǒng)原理圖[6]

設備主要由油箱、液位浮球開關、加熱絲、高溫球閥、油過濾器、溫度傳感器、壓力傳感器、壓力表、電磁閥、比例溢流閥、溢流閥、流量計、散熱器等組成。主要結構見圖2。

油箱對液壓油進行儲存和保溫作用；加熱絲可對油溫進行加熱，選用功率1～1.5 kW的加熱絲；高溫球閥起油路開關作用；油過濾器過濾潤滑油中的雜質，保護元件；散熱器用于降低管路油溫；系統(tǒng)壓力由比例溢流閥控制；選用工作壓力為25 MPa，流量為≥25 L/min，工作溫度-20℃到150℃的電磁閥控制和改變液壓油流向；選用工作壓力為25 MPa，流量為≥25 L/min，工作溫度-20℃到150℃的溢流閥用于調定系統(tǒng)壓力，以保護系統(tǒng)運行；選用量程30 MPa，精度為±0.5%的壓力傳感器用于檢測系統(tǒng)壓力并反饋給計算機；選用量程40 MPa，精度為±1.6%的壓力表機械顯示系統(tǒng)壓力；流量為流量范圍為4.1 L/min到41 L/min，精度為±0.5%的流量計測試管路流量并將點信號反饋給計算機；液位浮球開關判斷液壓油最低液位并提供報警信號；選用-20℃到150℃、精度為±0.5%的溫度傳感器，用于檢測油溫溫度。設計耐壓30 MPa的油路閥塊，實現(xiàn)油路走向，減少管路泄露同時節(jié)省設備空間。

表1 測試系統(tǒng)的測試內容

圖2 EHPS轉向油泵測試系統(tǒng)原理圖

油箱有液位浮球開關，可控制液位防止測試泵空轉，并通過蜂鳴報警功能提示操作人員。在測試泵的進出口處分別留有溫度檢測口，并各配備一個溫度傳感器?；赜涂谕ㄟ^流量計可采集流量數(shù)據(jù)并反饋給計算機?；赜凸苈放溆猩崞鳎瑢赜瓦M行降溫，可實現(xiàn)超溫自動啟動。可選擇常用溫控表，設定并且控制油箱溫度。液壓油為動力轉向油。

3.2 EHPS轉向油泵測試系統(tǒng)工作過程

液壓油由油箱經(jīng)過高溫球閥、過濾器向測試泵提供一定設定的所需壓力的液壓油，液壓油從流量計、電磁閥、比例溢流閥、散熱器、過濾器、高溫球閥回到油箱，通過油液的循環(huán)，從而完成給定壓力的的油壓對測試件的不同工況的測試。

最大油壓模擬測試時，利用加熱絲，對油溫進行加熱到給定溫度，在空載壓力下啟動測試泵，升速至測試泵額定轉速，迅速關閉油過濾器到油箱油路上的高溫球閥使輸出流量為零，并保持一定時間，用于模擬最大油壓工況。

跑合模擬測試時，利用加熱絲，對油溫進行加熱到給定溫度，在空載壓力下啟動測試泵，升速至測試泵的最高轉速并保持一定時間，再將轉速調至額定轉速；同時利用比例溢流閥，控制系統(tǒng)壓力，從空載壓力開始逐級分別保持一定時間，循環(huán)一定次數(shù)，用于模擬負載突變工況。

極端負載突變模擬測試時，利用加熱絲，對油溫進行加熱到給定溫度，在測試泵額定轉速下，利用比例溢流閥，控制系統(tǒng)壓力，壓力循環(huán)從空載壓力至最大壓力，按一定頻率、一定循環(huán)周期、一定壓力梯度設定。用于模擬極端負載突變工況。

低溫啟動模擬測試時，啟動測試泵的轉速到額定轉速，工作壓力調至設定壓力，停機。在低溫環(huán)境中保持一定時間后啟動，用于低溫啟動模擬。

油路堵塞故障模擬測試時，測試泵在額定轉速下和最大壓力時，并且測試泵輸出流量為零的工況下連續(xù)運行一定時間，用于模擬油路堵塞故障工況。

4 結語

隨著汽車技術的發(fā)展，更多的新技術和新設備的出現(xiàn)，整車制造廠和零部件供應商的技術挑戰(zhàn)也越來越大，汽車使用過程復雜，更加深了這一挑戰(zhàn)。研究表明：

（1）由于條件限制，僅通用樣車使用就完成輸出適配參數(shù)、電機參數(shù)和速度環(huán)、電流環(huán)PI做不到最優(yōu)適配，無法驗證完整工況；

（2）產(chǎn)品可靠性在車輛投入運行后才能經(jīng)受考驗，通過搭建本測試系統(tǒng)，可以在實驗室驗證完整工況，簡化現(xiàn)場調試步驟，提高產(chǎn)品適用性和可靠性；

（3）應用于新能源汽車EHPS測試領域，加工制作簡單、操作方便、可行性高、易于實現(xiàn)和普及，性價比高、價格低廉；

（4）可進一步增加電器開關元件，增加自動控制功能。