基于AMESim的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真研究.pdf

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1、第36卷第3期大連大掌學(xué)報(bào)、，0l-36NO．32015年O6月JOURNAL0FDALIANUNIVERSITYJun．20l5基于AMESim的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真研究王淑芬，饒博，李玉光，趙旭陽(大連大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧大連116622)摘要：介紹了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成和工作原理，為解決傳遞函數(shù)法在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)仿真建模中的局限性，運(yùn)用仿真軟件AMESim建立了機(jī)液耦合的仿真模型。仿真分析了HPS系統(tǒng)中扭桿剛度、液壓缸活塞直徑、系統(tǒng)供油量三者對(duì)齒條位移動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明：減小扭桿剛度對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響不大，而增大液壓缸活塞直徑和系統(tǒng)供油量對(duì)

2、其影響較大。仿真結(jié)果為HPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：液壓助力轉(zhuǎn)向；仿真；建模；動(dòng)態(tài)響應(yīng)中圖分類號(hào)：u_463．44+2丈獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008．2395(2015)03．0027．05收稿日期：2015．04。02作者簡(jiǎn)介：王淑芬(1974．)，女，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。0引言隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普遍。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)較多的采用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因其助力大、成本低、維修方便等優(yōu)點(diǎn)也一直是研究的熱門【l】。大部分學(xué)者[】采用傳遞函數(shù)法對(duì)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析，該方法只適用于

3、線性或可線性化的系統(tǒng)，具有局限性，尤其表現(xiàn)在液壓子模型的建立上。筆者采用圖1HPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)閥基本結(jié)構(gòu)液壓仿真軟件AMESim建立機(jī)液耦合仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能分析。當(dāng)駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤左轉(zhuǎn)時(shí)，閥芯與閥套的相對(duì)位置如圖2所示。此時(shí)，經(jīng)液壓泵泵出的高壓油進(jìn)入1HPS系統(tǒng)的基本組成及工作原j里液壓缸左腔，而液壓缸右腔與貯油罐相連通，從而在液壓缸左右腔形成壓力差，推動(dòng)液壓缸向右運(yùn)動(dòng)，實(shí)HPS系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)閥、轉(zhuǎn)向軸、扭桿、轉(zhuǎn)向器、液現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤左轉(zhuǎn)時(shí)的助力。壓缸、液壓泵、油管、貯油罐等部分組成。扭桿的前端與轉(zhuǎn)向齒輪連接，后端與轉(zhuǎn)閥的閥芯連接，而閥芯又與轉(zhuǎn)向軸的末端固定在一起，彈性的扭桿能

4、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)閥的閥口開度。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，閥芯與閥套相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的液壓力推動(dòng)液壓缸動(dòng)作，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向的助力【。．如圖1所示，閥芯處于中間位置，HPS系統(tǒng)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪帶動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)，為系統(tǒng)供油。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤處于中間位置時(shí)，由油罐、液壓泵、安全閥組成的供能裝置輸出的油液流入轉(zhuǎn)閥進(jìn)油口進(jìn)入閥腔圖2轉(zhuǎn)閥閥芯左轉(zhuǎn)時(shí)的示意圖后再流回貯油罐。28大連大掌掌報(bào)第36卷2HPS系統(tǒng)建模f1+1+1尺【一)，HPS系統(tǒng)由液壓部分和機(jī)械部分組成，因此采用4I三l+篇2+L2R(OI一J，AMESim仿真軟件對(duì)HPS系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)液耦合建模。／R一o2+)／Rf2．1轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向齒輪的建模fW1L1+

5、W2L2一一)，簡(jiǎn)化后的轉(zhuǎn)向盤Nd,齒輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3所示。寸J‘囂厶+厶一L,一R(Oz一)，0，、／R一(+)／R(4)式中，A(i為1-4)為第i個(gè)閥口的過流面積；R為閥芯與閥套的配合半徑；為短切口的寬度；L』為短切V1的軸向長(zhǎng)度；為中位時(shí)閥口預(yù)開間隙寬度；L2為閥口的軸向長(zhǎng)度。圖3轉(zhuǎn)向盤到齒輪的機(jī)構(gòu)示意圖∞忽略轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)軸的傳動(dòng)間隙，轉(zhuǎn)軸與軸套之間的摩擦，還忽略轉(zhuǎn)向軸、扭桿、小齒輪以及與扭桿銷聯(lián)的閥芯、閥套的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，不考慮閥芯與閥套間的摩擦力以及轉(zhuǎn)閥中液動(dòng)力對(duì)閥芯、扭桿的影響[61?？傻玫綀D4轉(zhuǎn)閥的等效模型10=T一(0一o2)(1)轉(zhuǎn)閥最大相對(duì)轉(zhuǎn)角是閥芯限位槽

6、接觸時(shí)的位置，一般控制在單向o8。，閥口全關(guān)閉位置應(yīng)在最大相式中，I為轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，0為轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)對(duì)轉(zhuǎn)角的80％～90％范圍內(nèi)1。取最大相對(duì)轉(zhuǎn)角為7角，02為主動(dòng)小齒輪的轉(zhuǎn)角，為轉(zhuǎn)向軸和扭桿的度，可得節(jié)流閥過流面積與扭桿相對(duì)變形量的關(guān)系如串聯(lián)剛度，其大小為：圖5、6所示。f廠～其中，為轉(zhuǎn)向軸的剛度，膨?yàn)榕U的剛度。／／r2．2轉(zhuǎn)閥建模7fI作者采用具有16個(gè)變節(jié)流口的轉(zhuǎn)閥，由于轉(zhuǎn)閥的構(gòu)造較為復(fù)雜，可以根據(jù)其對(duì)稱性，把16個(gè)節(jié)流j口等效成4個(gè)特性相同的節(jié)流閥組成的橋式回路。通過AMESim基本元件建立的等效模型如圖4所示，其原理等同于三位四通閥，但輸入信號(hào)為角度。節(jié)流閥的

7、過流面積是由扭桿的變形量決定的。使用具有一定剛度的扭轉(zhuǎn)彈簧來模擬扭桿，并在扭桿上下端分別安裝一個(gè)角位移傳感器，以測(cè)得的兩個(gè)角位圖5閥口過流面積Al與扭桿相對(duì)變形量的關(guān)系圖移之差作為轉(zhuǎn)閥的輸入信號(hào)。轉(zhuǎn)閥的過流面積與扭桿變形角的關(guān)系如下：第3期一EH)王囂鬟淑畝Ⅱ：匿墨等：基于AMESim的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真研究29}5；{；；∞加50、、‘I、．＼，＼一扭桿相對(duì)變形置／(‘)圖6閥口過流面積A2與扭桿相對(duì)變形量的關(guān)系圖2-3輪胎建模忽略懸架對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，對(duì)輪胎模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，僅考慮輪胎的質(zhì)量，使用AMESim固有