【文章內(nèi)容簡介】 轎車向大型轎車和客車方向發(fā)展，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍還會(huì)逐步擴(kuò)大。 電控液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)： 主要由控制器、傳感器、液壓控制閥、助力液壓缸等組成。常見的電控液壓式系統(tǒng)中，首先從液壓泵出來的高壓油經(jīng)過流量分配進(jìn)入各液壓控制閥，如電磁換向閥、比例閥、液控單向閥等，控制器接收到相應(yīng)的轉(zhuǎn)角信號(hào)即對(duì)轉(zhuǎn)向橋進(jìn)行控制，控制器輸出相應(yīng)指令給比例閥，油液經(jīng)過控制閥后進(jìn)入轉(zhuǎn)向橋的轉(zhuǎn)向助力缸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，控制器通過轉(zhuǎn)角傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)向橋的轉(zhuǎn)角并與指令轉(zhuǎn)角比較，進(jìn)行閉環(huán)控制最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向橋的精 確轉(zhuǎn)向，根據(jù)液壓控制閥中主要控制元件的類型可分為比例轉(zhuǎn)向和伺服轉(zhuǎn)向。比例轉(zhuǎn)向使用比例閥進(jìn)行液壓控制系統(tǒng)分析論文 6 控制，一般比例閥具有零位死區(qū)且頻響不高，使得動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向精度不高；而伺服轉(zhuǎn)向使用伺服比例閥或伺服閥進(jìn)行控制，無零位死區(qū)且頻響較高，最終可實(shí)現(xiàn)較高的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向精度。 優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)向精度高， 驅(qū)動(dòng)力 大。 缺點(diǎn) ： 效率低、耗能大、成本高 。應(yīng)用領(lǐng)域： 大型工程車輛如全地面汽車起重機(jī)、重型越野車輛和軍用車輛如導(dǎo)彈運(yùn)輸車等特別適用，其應(yīng)用范圍較廣泛 。 還有一些電控液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是將液壓助力泵由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取代了傳統(tǒng)液壓助力泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式。電控液壓 式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)依據(jù)相應(yīng)的控制策略通過控制電磁閥，使得動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著車速的變化而變化，在汽車大轉(zhuǎn)角或低速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向輕便，在中、高速行駛時(shí)，能獲得一定手感的轉(zhuǎn)向力，能較好的兼顧低速轉(zhuǎn)向的輕便性和高速轉(zhuǎn)向時(shí)的路感。 電液轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相關(guān)研究現(xiàn)狀 由于汽車不同速度行駛時(shí)對(duì)助力特性的要求不同，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)很難做到這一點(diǎn)，而隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓助力轉(zhuǎn)向技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合行成了電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅在小型車上有廣泛使用，在大型輪式車輛上應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，由于大型輪式車輛轉(zhuǎn)向阻力很大， 用機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或者電控電動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均不能很好的滿足要求，故電液控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是大型輪式車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的首選。 德國薩爾蘭德大學(xué)設(shè)計(jì)了一種新型的電液控制閉中心助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，系統(tǒng)采用兩個(gè)閉中心的比例閥對(duì)轉(zhuǎn)向助力缸進(jìn)行控制，且油源結(jié)合蓄能器能實(shí)現(xiàn)較高的供油效率，建立了系統(tǒng)主要元件的數(shù)學(xué)模型并分析了參數(shù)對(duì)閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性的影響且進(jìn)行了優(yōu)化，閉環(huán)控制器具有級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)為轉(zhuǎn)向助力的閉環(huán)控制而外環(huán)為轉(zhuǎn)向力矩的閉環(huán)控制，經(jīng)過在不同車速上大量的臺(tái)架試驗(yàn)和實(shí)車試驗(yàn)，該控制策略可使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有很好的性 能。 2022 年 后 國內(nèi) 對(duì)電液控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究才開始逐漸增多，并有望向可以應(yīng)用的成熟產(chǎn)品邁進(jìn)，大部分是將電動(dòng)機(jī)替代發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，將電動(dòng)機(jī)參與控制實(shí)現(xiàn)電液控制轉(zhuǎn)向，但對(duì)大型輪式車輛而言，由于轉(zhuǎn)向阻力很大，這種用電動(dòng)機(jī)參與的電液控制很難滿足力矩要求，還是只能用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，而控制部分采用電控，不僅可以實(shí)現(xiàn)大型輪式車輛的靈活轉(zhuǎn)向，也可以滿足其助力要求，故這種電液控制方式較適合大型輪式車輛 。 本章小結(jié) 本章主要闡述了對(duì)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的進(jìn)行研究的目的和意義，分析了目前幾種比較成熟的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，并且簡單的介紹了目 前國內(nèi)外對(duì) 電液控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究 。 液壓控制系統(tǒng)分析論文 7 第二章 電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能 對(duì)于大型輪式車輛而言，由于其轉(zhuǎn)向時(shí)負(fù)載阻力矩很大， 采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)較難達(dá)到所需要的轉(zhuǎn)向助力 又由于大型輪式車輛一般需有多種轉(zhuǎn)向模式且有時(shí)需要模式切換，采用一般的機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向的方式很難有效的實(shí)現(xiàn)各種轉(zhuǎn)向模式的切 換，所以大型輪式車輛只能采用電控的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。目 前見于文獻(xiàn)與產(chǎn)品的類似系統(tǒng)均采用比例閥來實(shí)現(xiàn)電液控制轉(zhuǎn)向，而比例閥的頻響較低、死區(qū)與滯環(huán)性能不高，限制了電液控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的提高，那么有 必要對(duì)采用伺服比例閥或者伺服閥的電液控 制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行研究。 單橋 電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 對(duì)于大型輪式車輛而言，既要保證行駛的安全性，又要保證行駛的靈活性，一般這種大型輪式車輛均為多橋結(jié)構(gòu)，且前橋大多采用機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以盡可能保證行駛的安全性、后橋采用電液控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以盡可能保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈活性 。 為了使大型輪式車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整車轉(zhuǎn)向靈活，單橋的靈活轉(zhuǎn)向是實(shí)現(xiàn)整車靈活轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)，只要單橋能按照要求準(zhǔn)確可靠的轉(zhuǎn)向，整車即可以實(shí)現(xiàn)各轉(zhuǎn)向功能與模式，所以單橋的電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)之前，需對(duì)轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)有所了解，且對(duì)轉(zhuǎn)向執(zhí) 行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析也是進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 單橋 電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖 21 雙轉(zhuǎn)向助力梯形機(jī)構(gòu)實(shí)物圖 對(duì)于大型輪式車輛而言，為了保證左右側(cè)輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系，一般采用轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)進(jìn)行約束，且應(yīng)用轉(zhuǎn)向助力缸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向梯形并帶動(dòng)輪胎轉(zhuǎn)向， 如圖 21 所 示液壓控制系統(tǒng)分析論文 8 是 雙轉(zhuǎn)向助力梯形機(jī)構(gòu)實(shí)物 圖。 左右側(cè)輪胎的轉(zhuǎn)角主要是通過轉(zhuǎn)向節(jié)臂、橫向拉桿和輪轂等連接件來約束左右側(cè)輪胎的轉(zhuǎn)角關(guān)系，而液壓助力形式是用兩個(gè)轉(zhuǎn)向助力缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這與電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向的齒輪齒條等轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)或是單轉(zhuǎn)向助力缸的轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)都是 不同的，這種雙轉(zhuǎn)向助力梯形機(jī)構(gòu)具有更大力，因此廣泛應(yīng)用在大型工程車輛上。 電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制系統(tǒng) 單橋電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓部分原理 在了解轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對(duì)單橋電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓部分原理如圖 22 所示 ，伺服轉(zhuǎn)向、電液鎖定和應(yīng)急手動(dòng)功能介紹如下： 1 伺服比例閥 2 電磁換向閥 3 電磁換向球閥 5 液控單向閥 7 溢流閥 9轉(zhuǎn)向助力 缸 10 轉(zhuǎn)角傳感器 圖 22 單橋電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓原理圖 伺服轉(zhuǎn)向功能：當(dāng)需要跟蹤前橋進(jìn)行伺服轉(zhuǎn)向時(shí)，電磁換向閥 2 和 3 均處在常位，此時(shí)高壓油控制液控單向閥 4 和 5 處于液控開的狀態(tài)，此時(shí)伺服比例閥可以控制進(jìn)入轉(zhuǎn)向助力缸的油液使轉(zhuǎn)向助力缸運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)角傳感器 10 檢測(cè)到轉(zhuǎn)角信號(hào)并與指令轉(zhuǎn)角信號(hào)比較，并依此偏差信號(hào)對(duì)伺服比例閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)控制，最終控制輪胎轉(zhuǎn)到所需位置； 電液鎖定功能：當(dāng)需要轉(zhuǎn)向橋電液鎖定時(shí)，如在后橋不轉(zhuǎn)向鎖定模式即需要將轉(zhuǎn)向橋鎖定，此時(shí)使電磁換向閥 3 從失電變?yōu)榈秒姞顟B(tài)，使液控單向閥工作，同時(shí)將伺服比例閥 1 回復(fù)到失效 O 型位，則此時(shí)液控單向閥即可將轉(zhuǎn)向橋鎖定在所需位置； 應(yīng)急手動(dòng)功能： 針對(duì)大型工程車輛（以某 7 橋車輛為例）， 當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中伺服比例閥或電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，后四橋的輪胎可能偏離中間位置，為了使其回到中間位置并電液鎖定使大型輪式車輛可以依靠前三橋機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行駛到液壓控制系統(tǒng)分析論文 9 安全地帶或維修站，而不至于停在原地，此時(shí)先將伺服比例閥斷電使其處于失效O 型位，且電磁閥 3 處于失電位，可以用隨車配套的手動(dòng)控制盒對(duì)電磁換向閥 2進(jìn)行控制，來微調(diào)輪胎的轉(zhuǎn)向角度，直到調(diào)整到所需位置，這一功能對(duì)大型輪式車輛的使用 者而言是非常重要的，可以大大提高車輛的機(jī)動(dòng)靈活性； 另外電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的溢流閥 6 和 7 作為安全閥用，保護(hù)轉(zhuǎn)向助力缸不受高壓沖擊的損害。 電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電控系統(tǒng) 為了實(shí)現(xiàn)輪胎的精確轉(zhuǎn)向，需設(shè)計(jì)合適的電控系統(tǒng)，電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制框圖如圖 23 所示，電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)角傳感器、 PLC 控制器、單橋伺服轉(zhuǎn)向控制器、轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)、動(dòng)力油源、車速傳感器等構(gòu)成。 圖 23 電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制框圖 PLC 將計(jì)算好的目標(biāo)轉(zhuǎn)角信號(hào)輸出給伺服轉(zhuǎn)向控制器，同時(shí)伺服轉(zhuǎn)向控制器也接受到橋的實(shí)際轉(zhuǎn)角，目標(biāo)轉(zhuǎn)角 與實(shí)際轉(zhuǎn)角信號(hào)比較，控制伺服比例閥動(dòng)作，高壓油液進(jìn)入轉(zhuǎn)向助力缸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)帶動(dòng)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)，直到實(shí)際轉(zhuǎn)角與目標(biāo)轉(zhuǎn)角一致，形成轉(zhuǎn)向角度的閉環(huán)控制，這個(gè)調(diào)整過程是動(dòng)態(tài)進(jìn)行的；橋的轉(zhuǎn)角信號(hào)也一并傳送給 PLC 實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，由于伺服轉(zhuǎn)向控制器實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角閉環(huán)控制速度是很快的，且誤差應(yīng)在所要求范圍之內(nèi)，當(dāng) PLC 檢測(cè)到的橋?qū)嶋H轉(zhuǎn)角信號(hào)與目標(biāo)轉(zhuǎn)角信號(hào)之差超出一定數(shù)值時(shí)，即電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可能存在故障，此時(shí)提示司機(jī)減速停車以排查故障，可增大電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性 。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能以及 單橋電液伺服轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)，并且對(duì)廣泛應(yīng)用在大型工程車輛的 雙轉(zhuǎn)向助力梯形機(jī)構(gòu) 進(jìn)行了簡單的分析 ，對(duì) 電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 液壓控制系統(tǒng)原理及控制框圖 的設(shè)計(jì) 進(jìn)行了介紹 。 液壓控制系統(tǒng)分析論文 10 第三章 電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 數(shù)學(xué) 建模與 分析 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) 建模與分析 對(duì)于多橋大型重汽 而言， 各 橋的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是基本一致的，僅是由于轉(zhuǎn)角關(guān)系的區(qū)別存在轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)前置與后置之分或各幾何尺寸略有區(qū)別，此處 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的單橋 為例進(jìn) 行分析， 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)簡化 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué) 分析 整車轉(zhuǎn)向最理想的工況是能夠保證所有的輪胎都是依據(jù)轉(zhuǎn)向瞬心的阿克 曼定理進(jìn)行轉(zhuǎn)向，保證所有輪胎都處在純滾動(dòng)工況，使輪胎不會(huì)處在側(cè)滑等磨損工況，但轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般并非是對(duì)每個(gè)輪胎進(jìn)行單獨(dú)控制，一般單橋的左右兩側(cè)輪胎靠轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行約束 連接，故很難保證左右兩側(cè)均能滿足阿克曼定理，本文 由于轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)經(jīng)過了優(yōu)化設(shè)計(jì) （采用角度傳感器） ，其誤差是很小