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摘要：在现代汽车转向系统中，EHPS系统既能保证低速状态转向助力充足同时高速状态路感清晰，即可做到根据不同的车速、路况及驾驶状态而实时调整其助力的大小，以使得系统能够在不同工况下均能提供大小适中的转向助力。同时相较于全液压系统而言，由于EHPS系统加装了电子控制单元（ECU），故该系统可结合多种反馈信号并根据ECU中预先设定的控制算法对助力系统进行更精确的控制，从而提高了系统响应的快速性、精确性及稳定性。因此，EHPS系统具有十分强大的实用性。
关键词：客车；电动液压助力转向系统；匹配设计
一、客车EHPS系统的设计要求
针对客车EHPS系统的机械结构，设计时主要考虑以下几点：
（1）客车静止转向时转向阻力矩最大，所需助力也最大，因此设计系统时必需保证提供的最大助力能够克服最大阻力矩以使车轮偏转。转向所需助力越大，转向油泵输出液压油压力越大，选择油泵时必须满足最大泵油压力和高的泵油效率。
（2）由于异步电动机起动电流可高至额定电流的6倍，如果频繁起动对电动机本身影响很大，容易使电动机过热减少电动机寿命，并且转向系统也要求助力能够快速响应，因此客车直线行驶时，电动机必须处于低速旋转状态。电动机一直旋转驱动转向油泵，液压油一直在液压循环系统之中，容易造成油温过高粘度下降并引起泄漏使得系统无法高效率的完成工作，因此必须采取措施对油液进行温度控制。
（3）转向系统影响着客车的行驶安全，因此在设计系统时必须考虑过载保护功能，设计合适的限压阀使得油压过大时部分油液能回流到油罐中，避免因油压过大对系统造成破坏。
（4）客车极限转向时EHPS系统提供高压力大流量的油液，在设计系统时必须保证油管的结构能够满足油液的工作要求，尽量减少不必要的压降和能耗。
（5）循环球转向器中的螺母兼有齿条和活塞的作用，与齿轮齿条转向器中活塞比较，螺母承受液压力的横截面积大得多，因此所需转向油泵泵出的油液流量也大的多。提高油液流量有两种方法，分别是提高叶片泵排量和电动机转速。提高叶片泵排量会增加泵的体积和质量，使得系统不够紧凑并增加布置难度；提高电动机转速则会影响系统的响应性能，因此在设计系统时要兼顾叶片泵排量与电动机转速，在满足系统要求的前提下做到紧凑和响应快速。
根据不同车型技术参数和整车电压平台，对EHPS进行匹配设计，除传统转向结构的设计外，重点需匹配和设计电动转向油泵和转向控制器，其设计流程框图如图1所示。
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图1 EHPS设计流程框图
二、电动转向油泵的匹配设计
EHPS传统部分设计严格遵循汽车底盘构造和汽车设计等要求。本文以8m电动客车为例，着重介绍电动部分设计。
1.电动转向油泵参数设计
电动转向油泵是液压油流动的动力，提供转向助力所需要的液压能；其将转向驱动源电能转化为转向助力缸工作的液压能。电动转向油泵的参数对转向的轻便性、寿命和功耗有较大影响，需要合理设计。
1）电动转向油泵最大工作压力。转向油泵最大工作压力为安全阀的设定值，需依据转向所需的最大工作压力Pmax和转向器允许的最大工作压力P1来设计。考虑到从转向油泵出口到转向器进口之间有管路损失△P，转向油泵的最大压力按Pmax=P1+△P计算。通过实车载荷计算，以及所选用的循环球转向器需要，电动转向油泵的最大压力Pmax=13+0.3=13.3MPa。式中△P一般取0．3~0．5MPa。
2）电动转向油泵流量。按照转向器的缸径大小，螺杆螺距以及方向盘的转速来计算设计。Qo=60noV／106=60notS／106=60×2×12×3．14×（90／2）2／106=9．15L／min。考虑到系统内泄漏以及容积效率等因素，Q1=Q。×K/η=9．15×1．2／0.83=13．23L／min。式中：Q。为转向理论需求流量，no（=2）为方向盘最大瞬时转速（按照2r／s计算）；V为转向器方向盘打一圈油缸排出转向油的体积；t（=12）为动力转向器螺杆螺距，mm；S为动力转向器油缸实际工作面积（S=πr2，本转向器为90mm缸径），mm2；K（=1．2）为动力转向器效率系数（即泄漏系数）；η（=O．83）为电动转向油泵的容积效率。
3）电动转向油泵排量。根据转向需求流量Q1，初选合适排量qt的转向油泵。排量过小，容易出现转向沉重；排量过大，系统容易发热，造成能量损耗且缩短系统寿命。Qt=l000Q1／n=l000×13．7／1200=11．03mL／r；式中：n为转向电机额定转速，r／min。考虑到通用原则，以及实际恶劣工况，qt选用12r／min。
2.电动转向电机参数设计
根据转向泵的技术参数设计转向电机。
1）转向电机功率。根据转向液压系统的最大工作压力、流量，则系统的最大输出功率为：（Pmax×Q1）／60=13.3×13．23／60=2．87kW，转向电机的最大功率Gmax>2．87kW。对应的额定功率为：Ge>Gmax/K1=2．87／2=1．44kW。式中：Ge为转向电机额定功率，kw；Gmax为最大功率，kW；Q1为转向需求最大流量，L／min；K1为转向电机的过载系数（两倍过载能力能持续工作3min则能满足实际各种工况需求）。
由于转向电机大部分时间工作在轻载工况，只有极端工况（超载、路面粗糙、下坡（导致前桥载荷加大即转向桥负载加大，间接导致转向电机载荷加大）、循环球转向器行程卸荷阀失效等）才能达到最大功率，因此为了提高转向电机的效率，在转向电机设计时不需要将额定功率设计过大，造成浪费，而只需要将过载能力设计到合理的过载倍数。
2）转向电机转速。转向电机类型有交流三相异步电机、直流无刷电机、永磁同步电机等。根据转向电机的类型和技术参数，合理设计转向电机转速范围，进一步确定基准转速（怠速）n1、额定转速n和最高转速nmax，n1主要作为动态变频的基准转速；nmax主要作为特殊情况下使用。
3）转向电机扭矩的计算。Te=9550Ge／n=9550×1．5／1200=12N·m；Tmax=Kl×Te=2×12=24N·m。式中：Te为转向电机额定扭矩，N·m；Tmax为最大扭矩；n为转向电机额定转速，r／min。
4）额定电流、最大电流。转向电机的额定电流取决于工作的额定电压，不同系统车型不同；最大电流作为保护机制过流判断条件。其次，防护等级、绝缘等级、绝缘电阻、耐电压，以及环境适应性满足电动汽车用驱动电机系统最基本的要求。
而转向电机的输入功率为
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根据Ge，K1，n，并结合整车的电压平台U，来设计转向电机。考虑到转向电机工作噪声、成本的合理性，因此设计转向电机参数为：Ge=1．5kW，Kl=2，n=l200r／min，nmax=1400r/min，n1=800r/min。
三、转向控制器匹配设计
转向控制器的功能是将整车电压变为转向电机的工作电压，接受整车控制器的控制信号，根据变频调速的信号（变频基准电流）对转向电机进行变频调速，设计控制策略、控制算法，动态变频转向控制器软、硬件设计。变频参数根据具体车型实际工作情况进行标定。转向控制器采集转向电机工作励磁电流矢量幅值，I<2．5A，控制转向电机以nl=800r／min的转速工作；采集到I≥2.5A，转向电机以n1=l200r／rain的转速运行；I≤1．5A，转向电机以n1=800r／min的转速运行，响应时间<200ms。根据实车转向工作特性，通过优化使得转向电机在高效区工作，效率达到最高（即80％的时间内，转向助力负载液压值在l～7MPa之间，使转向电机的效率达到最高）。转向电机根据实车所需转向助力（负载）大小，实时输出不同的转速、转矩，而转向电机的转速、转矩、响应时间等都受转向控制器实时控制。本文中匹配设计的变频EHPS按需为整车提供助力，相对于定频的EHPS，具有以下优点：既提高了整车操纵舒适性和稳定性，又降低了整车能耗，延长了电动续驶里程。设计流程图如图2所示。
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图2 转向控制器设计流程框图
结语
为了保证EHPS整套系统的可靠性，组成EHPS的各零部件应有足够的强度，因此在实际设计过程中，需根据各种车型，核算整车载荷、前桥载荷，匹配传统转向机构，再根据转向器参数匹配合适的EHPS系统。按需为整车提供助力，既降低了能耗，又提高了整车操纵舒适性、稳定性和方向盘自回正性能。随着高功率密度、高瞬时输出功率的电机驱动系统、电机控制技术以及电子技术的高速发展，EHPS的优势将愈发明显。
参考文献：
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