自行式多轴特种车辆电控液压助力转向系统研究

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多轴特种车辆是重型运输工具，其转向性能直接影响到整车的机动灵活性、操纵稳定性和使用经济性，因此对车辆转向系统的性能有较高的要求。随着电子技术和液压技术在汽车领域的广泛应用，电控液压助力转向(以下简称电液转向)技术得到了广泛的应用和发展。该技术简化了转向机构，底盘紧凑轻便，操作起来更加灵活方便。通过多种转向模式选择，提高了特种车辆底盘的通过性和高速行驶的稳定性，是多轴转向技术的发展趋势。

1 电控液压助力转向系统方案及工作原理以全路面起重机 10×10型车辆底盘为例进行说明电液转向工作原理。如图 1所示，整车共有五个车桥，其中-、二桥为前转向桥组，由机械杆系连接，采用液压助力、机械反馈的转向形式，由方向盘控制转向，传递转角关系；三、四、五桥为后转向桥组，采用电液转图 1 全路面起重机多轴特种车辆电液转向试验向形式，每个桥两个车轮之间由梯形杆系连接，传递转角关系，各桥由电控系统单独控制转向。

1.1 液 压 系统液压系统原理如图2所示，发动机带主泵作为转向液压系统的动力源，主泵 B1为前两桥助力缸提供压力油，主泵 B2为后三桥助力缸提供压力油。分动箱上的应急泵 B3通过分流集流阀分流后同时为前、后转向桥组助力缸提供应急油源。工作时，主泵 B1油液经过限流阀 1后与应急泵 B3分流后油液共同进入应急阀 1，当方向盘转动时，转向分配阀换向，应急阀 1的油液通过转向器进入-、二桥助力缸，使-、二桥车轮转向。限流阀控制进入助力缸的流量，转向器上的安全阀限制前转向桥组助力油缸的最高工作压力，同时主泵流量不足时可通过应急阀自动切换到应急工作状态。

后转向桥组转向由主泵 B2提供动力源，主泵 B2油液经过限流阀2后与应急泵 B3分流后油液共同进入应急阀2，当后桥需要转向时，控制系统发出比例信号控制比例阀开口量，压力补偿器保证比例阀前后压差-致，因此比例阀进入助力缸的流量仅与比例信号收稿 日期：2012-10-24作者简介：虞军胜(1980-)，男 ，北京人，硕士 ，长期从事液压元件及控制系统的设计研发工作。

2013年第4期 液压与气动 37相关，可提高转向精度。当车辆转向时，后转向桥组在比例阀的作用下按照预设模式进行独立转向。

1.2 电控 系统转向时，通过采集角位移传感器在-、二桥上转角信号以及车速等信号判断是否需要转向，计算各桥的理论转角控制器，控制器根据反馈的实际转角信号计算偏差，根据偏差按照-定的控制算法计算相应的控制量，分别驱动各个比例阀，使闭环控制融入车辆的转向控制 中。以公路行驶转 向模式为例，控制流程如图 3所示转向控制系统以控制器为核心，接收操作开关的控制指令，采集各传感器信号，向电磁换向阀和比例换向阀输出控制信号，向操作开关输出状态信号，同时通过 CAN总线向底盘控制器传送系统工作状态信息，该信息通过 CAN总线再传送到显示器显示。

2 系统仿真与验证的结果与分析2.1 系统建模如图4所示，是基于 AMESim的液压系统模型。

电液转向的核心是根据前转向桥组的转角信号控制后转向桥组 ，而后转向桥组各桥之间相互独立，以蟹形转图2 液压系统原理示意图图3 转向控制流程图38 液压与气动 2013年第4期图4 电液转向AMESim模型图向模式为例，仅对二、三桥建模仿真分析。由于液压系统系统元件较多，油路较复杂，所以本次仿真忽略了对系统精度和性能影响不大的部分，如滤油器、电磁换向阀等。着重对系统的关键部件建模，方框 1为二桥液压模型及机械模型、方框 2为限流阀及应急阀模型、3为压力补偿器、4为比例阀、5为三桥模型、6为转角发生器等。输人仿真参数进行仿真，通过调节 PID参数，使三桥跟随二桥转向响应，保证转向精度满足设计要求。

2.2 仿真结果与实测结果对比图5为泵 B1的出口压力、限流阀的出口压力及负载压力的特性曲线。从图中可看出，转向时，经过限流阀和压力补偿器的压力调节后，泵 B1比限流阀的出口压力始终高约 3.6 bar。限流阀比负载的压力又始终高约7 bar的压力。即使负载大小发生波动，系统也很快稳定在设定的压差上。根据液压凶流量公式，比例阀的出口流量大小与阀前后压差及阀开口量大小有关，通过压力补偿器保持阀前后压差-致，因此通过控制阀的开口量可精确控制助力缸的动作，结合闭环控制系统，可将转向精度提高到更高的层次。

0时间/s1.负载压力 2.限流阀的出口压力 3.泵的出口压力图5 压力特性曲线将转向过程仿真结果与实车试验测试结果各选取- 段曲线进行对比，图 6是仿真得到的响应曲线，PID控制时，仿真曲线均未出现超调。图 7为实车测试的转角信号曲线，分析数据曲线可知，仿真结果与实测基本吻合，三桥相对二桥转角曲线均有-定的滞后，在精度上稍低于仿真结果，但仍满足精度不低于 ±0.8。以及滞后不大于0.5 s的要求。

足辩2015105.匡 0辩 .5- 1O- 15.20时间/s1.二桥转角 2.三桥转角图6 仿真响应曲线2013年第4期 液压与气动 39利用公路减速带发电建模及理论分析孔凡国 ，吴冠霖Modeling and Theoretical Analysis of Vehicle Speed Control HumpsGenerating Electricity ProcessKONG Fan-guo.W U Guan-lin(五邑大学 机电工程学院，广东 江门 529000)摘 要：为解决机动车辆路过路面减速装置时大量压力能被消耗的问题，研究把车辆的振动能量转换成液压囊中油液的压力，从而带动液压马达，再带动发电机发电。该文针对振动过程产生最大压力的理论建模分析计算，并在得 出最大动载荷的基础上对后续的液压囊、蓄能器等液压发电系统进行了探索，建立机动车辆经过减速装置产生的机械量与液压系统产生的液压能之间的关系。最后经计算表明，模型基本还原实际情况，经济效益显著。

关键词：车辆振动；动载荷；液压系统；路面发电中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)04-0039-04引言随着我国经济的发展，无论是公路通车里程还是车流量都是非成观的，现代居民购车数量越来越多。

为了保障安全，必须控制车辆的行驶速度，因此在小区、学校、市区公路、收费关 口等地方安装了许多减速装置(以减速带为主)。但这也带来了-些不利因素：在有效降低行车速度的同时，也产生了振动和噪音等问题，汽车在减速带上对路面的集中压力也会加剧路面的破坏，在这个过程中有巨大的能量被浪费了。

若能将这些能量收集起来用于路灯等用电器的供电将有很大的经济与社会效益。因此研究车辆在此时最大振幅、压力等运动参数，可以为路面发电等后续工作提供-些参考。

1 振动模型及方程的建立将车体和前后桥作为刚体，链接和支撑的弹性元件悬挂弹簧和轮胎上，其间振动形式包括车体和前后桥的上下垂直振动，绕底盘中轴线纵向左右亿振动以及车体底盘横向中轴线的前后俯仰振动等。以主要的振动形式为研究对象建立车体 7自由度振动模型：分别为车体本身的垂直、俯仰、亿 3个 自由度以及 4个橡胶弹性车轮的4个 自由度。

在车辆通过减速带时，车辆所受到的激励以上下收稿 日期 ：2012-10.19基金项 目：广东省 自然科学基金资助项 目(06029824)作者简介 ：孑L凡国(1966-)，男 ，江西九江人 ，教授，博士，主要从事机电液控制技术方面的科研和教学工作。

真结果满足控制要求，说明控制方法是可行的，并且经过实际验证。

3 结论本文对全路面起重机车辆电液转向原理进行了分析，并建立了相应的 AMESim仿真模型，仿真结果验证了该方案的可行性，并对实车转向系统进行了测试，测试结果与仿真结果基本相符 ，满足了设计要求，在工程车辆领域具有-定的应用推广价值。