基于AMESim的液压助力转向系统仿真研究.pdf

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1、第36卷第3期大连大掌学报、，0l-36NO．32015年O6月JOURNAL0FDALIANUNIVERSITYJun．20l5基于AMESim的液压助力转向系统仿真研究王淑芬，饶博，李玉光，赵旭阳(大连大学机械工程学院，辽宁大连116622)摘要：介绍了液压助力转向系统的基本组成和工作原理，为解决传递函数法在液压助力转向系统(HPS)仿真建模中的局限性，运用仿真软件AMESim建立了机液耦合的仿真模型。仿真分析了HPS系统中扭杆刚度、液压缸活塞直径、系统供油量三者对齿条位移动态响应的影响。结果表明：减小扭杆刚度对系统的动态响应影响不大，而增大液压缸活塞直径和系统供油量对

2、其影响较大。仿真结果为HPS系统的设计和优化提供了理论依据。关键词：液压助力转向；仿真；建模；动态响应中图分类号：u_463．44+2丈献标识码：A文章编号：1008．2395(2015)03．0027．05收稿日期：2015．04。02作者简介：王淑芬(1974．)，女，副教授，硕士研究生导师，研究方向：机械设计及理论。0引言随着汽车行业的发展，助力转向系统的应用越来越普遍。目前国内市场较多的采用液压助力转向系统，而液压助力转向系统因其助力大、成本低、维修方便等优点也一直是研究的热门【l】。大部分学者[】采用传递函数法对液压助力转向系统的动态特性进行了分析，该方法只适用于

3、线性或可线性化的系统，具有局限性，尤其表现在液压子模型的建立上。笔者采用图1HPS系统转阀基本结构液压仿真软件AMESim建立机液耦合仿真模型，并对其进行动态性能分析。当驾驶员操纵转向盘左转时，阀芯与阀套的相对位置如图2所示。此时，经液压泵泵出的高压油进入1HPS系统的基本组成及工作原j里液压缸左腔，而液压缸右腔与贮油罐相连通，从而在液压缸左右腔形成压力差，推动液压缸向右运动，实HPS系统是由转阀、转向轴、扭杆、转向器、液现转向盘左转时的助力。压缸、液压泵、油管、贮油罐等部分组成。扭杆的前端与转向齿轮连接，后端与转阀的阀芯连接，而阀芯又与转向轴的末端固定在一起，弹性的扭杆能

4、调节转阀的阀口开度。当转动转向盘时，阀芯与阀套相对转动，产生的液压力推动液压缸动作，从而产生转向的助力【。．如图1所示，阀芯处于中间位置，HPS系统工作时，发动机皮带轮带动液压泵转动，为系统供油。当转向盘处于中间位置时，由油罐、液压泵、安全阀组成的供能装置输出的油液流入转阀进油口进入阀腔图2转阀阀芯左转时的示意图后再流回贮油罐。28大连大掌掌报第36卷2HPS系统建模f1+1+1尺【一)，HPS系统由液压部分和机械部分组成，因此采用4I三l+篇2+L2R(OI一J，AMESim仿真软件对HPS系统进行机液耦合建模。／R一o2+)／Rf2．1转向盘到转向齿轮的建模fW1L1+

5、W2L2一一)，简化后的转向盘Nd,齿轮的传动机构如图3所示。寸J‘嚣厶+厶一L,一R(Oz一)，0，、／R一(+)／R(4)式中，A(i为1-4)为第i个阀口的过流面积；R为阀芯与阀套的配合半径；为短切口的宽度；L』为短切V1的轴向长度；为中位时阀口预开间隙宽度；L2为阀口的轴向长度。图3转向盘到齿轮的机构示意图∞忽略转向盘与转轴的传动间隙，转轴与轴套之间的摩擦，还忽略转向轴、扭杆、小齿轮以及与扭杆销联的阀芯、阀套的转动惯量，不考虑阀芯与阀套间的摩擦力以及转阀中液动力对阀芯、扭杆的影响[61。可得到图4转阀的等效模型10=T一(0一o2)(1)转阀最大相对转角是阀芯限位槽

6、接触时的位置，一般控制在单向o8。，阀口全关闭位置应在最大相式中，I为转向盘的转动惯量，0为转向盘的转对转角的80％～90％范围内1。取最大相对转角为7角，02为主动小齿轮的转角，为转向轴和扭杆的度，可得节流阀过流面积与扭杆相对变形量的关系如串联刚度，其大小为：图5、6所示。f厂～其中，为转向轴的刚度，膨为扭杆的刚度。／／r2．2转阀建模7fI作者采用具有16个变节流口的转阀，由于转阀的构造较为复杂，可以根据其对称性，把16个节流j口等效成4个特性相同的节流阀组成的桥式回路。通过AMESim基本元件建立的等效模型如图4所示，其原理等同于三位四通阀，但输入信号为角度。节流阀的

7、过流面积是由扭杆的变形量决定的。使用具有一定刚度的扭转弹簧来模拟扭杆，并在扭杆上下端分别安装一个角位移传感器，以测得的两个角位图5阀口过流面积Al与扭杆相对变形量的关系图移之差作为转阀的输入信号。转阀的过流面积与扭杆变形角的关系如下：第3期一EH)王嚣鬟淑亩Ⅱ：匿墨等：基于AMESim的液压助力转向系统仿真研究29}5；{；；∞加50、、‘I、．＼，＼一扭杆相对变形置／(‘)图6阀口过流面积A2与扭杆相对变形量的关系图2-3轮胎建模忽略悬架对转向系统的影响，对轮胎模型进行简化，仅考虑轮胎的质量，使用AMESim固有