车辆液压动力转向油泵台架试验研究.pdf

．试验 ． 测试 ． 车辆液压动力转向油泵台架试验研究 蔡锋 1 颜尧 2 刘旌扬 1 1 ． 一汽海马汽车有限公司； 2 ． 国家机动车质量监督检验中心 【 摘要】 针对某液压动力转向油泵 叶片泵 建立了数学模型， 分析了其流量、 压力及转速间的耦合关系， 并对比 分析 了不同企业标准的差异 ． 提出了增加压力／ 流量动态特性试验的必要性 通过试 验台架进行了流量／ 压力试验 ． 结 果表明 ， 试验 曲线与所建油泵数学模型吻合较好 。 能够为转向油泵和模型优化及转 向系统匹配提供数据参考。 主题词 液压动力转向油泵数学模型流量压力特性 中图分类号 U 4 6 7 ．4 文献标识码 A文章编号 1 0 0 0 3 7 0 3 2 0 1 0 0 8 0 0 4 4 0 4 Re s e a r c h o n Ve h i c l e Hy d r a ul i c Po we r S t e e r i ng Pu m p Be n c h Te s t C a i F e n g 。 ， Ya n Ya o ， L i u J i n g y a n g 1 ． F A W H a i ma A u t o m o b i l e C o ． ， L t d ； 2 ． N a t i o n a l M o t o r V e h i c l e Q u a l i t y S u p e r v i s i o n a n d I n s p e c t i o n C e n t e r 【 A b s t r a c t ] A m a t h e m a t i c a l mo d e l i s e s t a b l i s h e d f o r a h y d r a u l i c p o w e r s t e e ri n g o i l p u m p b l a d e p u m p ， i n w h i c h t h e c o u p l i n g c o r r e l a t i o n b e t we e n f l o w， p r e s s u r e a n d s p e e d a r e a n a l y z e d ，a n d d i s c r e p a n c y b e t w e e n d i f f e r e n t c o r p o r a t e s t a n d a r d i s c o mp a r e d a n d a n a l y z e d ，t h e n e c e s s i t y o f a d d i n g p r e s s u r e ／ fl o w d y n a mi c c h a r a c t e ri s t i c t e s t i s p r o p o s e d ．F l o w／ p r e s s u r e b e n c h t e s t i s ma d e ，t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e t e s t c u r v e c o i n c i d e s w i t h the e s t a b l i s h e d o i l p u mp ma t h e ma t i c mo d e l ，t h i s p r o v i d e s d a t a r e f e r e n c e f o r o p t i mi z a t i o n o f o i l s t e e r i n g p u mp a n d mo d e l a n d ma t c h o f t h e s t e e rin g s y s t e m． Ke y wo r ds Hy dr a ul i c po we r i n g s t e e ring pu m p， M at he m a t i c a l m o de l ， Fl o w pr e s s u r e c h ar a c t e ris t i c 1 前言 液压 动力 转 向系统 H P S 的 品质直 接影 响 车辆 的操纵稳定性『 l 】 ． 其转 向油泵作 为转 向系统 的关键 部件， 对整个 系统的性能有着重要影 响。如文献f 2 1 指出． 在 E H P S中． 可通过调整 B L D M 电机转速来使 转 向油泵输 出流量 随车 速 、 手力 矩 、 转 向盘 转速 变化 而 按一 定 规 律 变 化 ； 文 献 f 3 1 表 明 ， 在 E HC P S中 ， 可 通过电磁 阀的开度变化来旁通转向油泵的流量 ． 进 而使输入到转 向器进油 口的流量随车速 、 手力矩 、 转 向盘转速变化而变化 叶片式转向油泵 以下称转 向泵 现已广泛应用于汽车上 ， 其流量特性 、 压力特 性 、流量反应时间等性能的优劣直接影响整个转 向 系统 的匹配性 能 ． 为更 好地 评价 转 向油 泵 的功能 ， 本 文通过建立某转向泵数学模型 ， 分析了流量 、 压力及 转速间的耦合关系 ． 对比分析了 Q C ／ T 2 9 9 --2 0 0 0与 其它企业标准的差异 ．阐述 了应加强油泵压力流量 类 试验 的必要性 ．并 利用 油泵试 验 台对某油 泵进行 了试验 。 2 转 向泵模型 某汽车叶片式转向油泵为整体式结构 ．主要由 定排量叶片泵 、节流孔型流量传感器 、流量控制阀 主阀芯 及安全阀 先导型 等组成 ， 其工作状态框 图如图 1 所 示 ， 工 作原 理如 图 2所 示 。 转 向泵简化数学模型为 当 Q p ～ q 9 时 P p - p A f o k Q v c j A 1 _ p Q t k i ’ X ／ p - p o 3 凡 P 。 一 ka o P Q Q p 一 一 PP 2 “ r r T P 式 中， Q为流量 ； P为压力 ； Q 为输 出流量 ； Q 为 开启流量 ； 为开启压 力 ； P 眦 为最大工作压力 i 。 为弹簧预紧力 ； k 为流量参数 ； k 为内漏系数 ； k 为 弹簧刚度 ； 口 。 为定量泵排量 ； 为油泵转速 式 1 式 3 表明， 当流量控制阀未开启时， 流量 基本上与转速成正比 当安全阀未打开时， 由于泵的泄 露及流量控制阀的调节作用． 流量随转速变化减小。 图 1 转 向泵工作状态示意 流量检测安全 阀流量控制阀 图 2 转 向泵原理示 意 3 测试 台架 测试台架主要由交流变频驱动系统、液压供油 2 0 1 0年第 8 期 装置 、 压力调节装置、 样件装夹装置 、 数据采集系统 及台架基础组成 ， 其系统参数见表 1 。 表 1 试 验台主要装置参数 0 3 0 k W ， 3 O 0 ～ 8 0 0 0 r ／ mi n， 0- 2 0 0 N l ltl 交流变频电机 HB M ， 带 P G卡的 日本富士变频器 ， 1 7位 光 电编 码 器 测量油箱液位和温度 ．控制 温度范围为 液压供油装 置 室温～ 8 0℃， 回油过滤， 过滤精度为 1 0 ， 测 量精度 为 1 ℃． 均匀度为 3℃ 0 2 5 MP a ， 测量 精度为 O ． 1 M P a ， 控制精 压力调节装置 度为 0 ． 2 MP a ， 电液 比例溢流阀 德 国哈威 自动调压 采集转 向泵进 出油 口流量 、 压 力信 号 、 液 数据采集系统 位 和温度信号 、 电机转速 、 转矩信号 变 频驱 动系 统采用 矢量 控制 ．通过 直连 或皮带 连结驱动被试件 ， 具有张紧力 自动调节功能 ． 其调节 范围为 0 ～ 3 0 0 0 N； 液压供油装置采用液位 、 温度 自 动检测循环冷却系统控制油温．调节试验油温在给 定控制范围内． 以满足各种不同试验规范要求 压力 调节 装置 由回油滤 油器 、 安全 阀、 电磁 换 向 阀、 电液比例溢流阀 、 油冷装置 、 流量和压力传感器 及标定接 口组成 。试验时 ． 只需设定试验压力， 控制 电液 比例溢流阀电流来 自动调节阀开 口．进而控制 油泵背压 ，实现转向泵负载 自动调节。当背压高于 设定最大压力时。 安全阀开启 自动泄压 ． 确保样件的 安全 试验 台液 压系统 原理 如 图 3所示 2 O 1 9 l 8 1 7 1 6 1 5 1 、 2 ． 6 ． 换 向阀3 ． 电液比例溢流阀4 ． 滤油器5 ． 冷却 器7 ． 流 量计8 ． 截止 阀9 、 1 0 ． 单 向阀1 1 ． 加 热器1 2 ． 补 油泵 1 3 ． 补油箱 1 4、 1 9 ． 油标 1 5 ． 压力表 l 6 ． 调整 电机1 7 ． 压力 传感器1 8 ．转 速传感器2 0 ． 温度传感器2 1 ． 试验转向泵 图 3试验台液压 系统原理示意 4 试验 方法分析 台架试验通常是在给定的油温条件下测量转向 泵的流量、 压力、 功率、 效率、 气密性 、 噪声等特性 ， 以 ．． 4 5 ． ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 试 验 ． 测试 ． 及考核其在给定环境工况 高低温或高低温突变 和 实 际运行 工 况 变转 速 、 定转 速 、 加 速 、 减速 、 压 力 脉 动 下的可靠性 ． 如行业 标准 Q C ／ T 2 9 9 --2 0 0 0中规 定的 l 0项性能试验和 4项疲劳试验 。但 随着对转 向泵产 品质量 和匹 配主机 厂转 向系统性 能要 求 的提 高 ， 加强对其动态性能 流量压力特性 、 流量压力反 应时间 、 脉动压力试验 、 脉动试验等 的测试则显得 非常必 要 。表 2为企业 标准试 验方 法与 行业标 准 的 差异。由表 2可知 ， 与行业标准相 比， 企业标准在流 量 、 压力 类试 验方 面增加 了较 多项 目。 表 2 企 业 标 准 试 验 方法 与 行 业标 准 的差 异 试验类别 试验项 目 Q C ／ T 2 9 9 2 0 0 0 4 9 1 l 0 n d s 0 0 N c O 0 1 f p 0 0 1 7 t 2 0 0 0 流量检测试验 空载和 0 ． 8 5 尸 ＼ ／ 、 ／ 、 ／ 流量 流量特性 空载和 0 ． 8 5 0 ． 5MP a 0 ． 1 MP a O ． 1 MP a 、 ／ 流量反应时间 、 ／ 、 ／ 、 ／ 安全阀调节试验 、 ／ 5 0 3 0 0 0 r ／ m i n 最大压力测定 、 ／ 压力流量特性 X 、 ／ 、 ／ 压力 下 降 试 验 3 0 0 _ 5 0 0 r ／ rai n 耐负压试验 、 ／ 压力 、 ／ 耐高压试验 5 0 _3 0 0 0 r ／ mi n ． 、 ／ 脉动压力试验 0． 5MPa 减压试验 ， ] I 加 ， Q P曲线变化 转矩压力特性 、 ／ 、 ／ 压力反应时间 、 ／ 、 ／ 、 ／ 容 积 效 率 6 0 0 r ／ mi n， 0 ． 5 效率 效 率 试 验 6 0 0 r ／ mi n， 0 ． 5 功率 驱动功率试验 、 ／ 、 ／ 、 ／ 气密性 气密性试验 、 ／ 、 ／ 1 0 00 r ／ mi n， - 1 00 0 r ／ mi n． 1 0 0 0 r ／ mi n， 1 0 0 0 r ／ mi n， 噪声 噪 声试 验 1 5 0 I n n ， 0 ． 5 MPa 1 50mm， 0 ． 5 1 5 0 mi l l ， 5 MP a 1 5 0mm， 5 MP a 和 2 ．9 MPa 高温试验 l 5 0 0 r ／ m i n ， 3 0 0 0 _ 5 0 0 0 r m i n ． 1 5 0 0 r ／ mi n ， 1 0 0 ℃， 环境工况 1 0 0 q C ， 0 ． 8 5 温度升高 0 ．8 5 低 温试 验 一 4 0℃ 一 4 0℃ 、 一 3 O℃ 一 3 0℃ 定转速冲击 1 5 0 0 r ／ mi n ， 2H z 3 0 0 0 r ／ mi n ， 0 ． 3 H z 6 0 0 r ／ m i n _ 、 ／ 运行工况 变转速冲击 6 O _ 40 0 0 r ／ m i n ．1 Hz 0 ．6 n ， 1 Hz 1 5 0 0 r ／ mi n ， 2 H z ， 1 5 0 0 r ／ mi n ， 2H z ， 、 ／ 脉动试验 一1 ． 1 P n ， 1 0 0℃ 一1 ． 1 ， 8 7℃ 注 表示该标准中无此项试验 ， 、 ／ 表示该标准中有此项试验。 5 试验 5 ． 1试验 项 目 针 对某 叶片转 向泵分别 进行 了流量 特性 、流 量 压力特性 、 转矩压力特性 、 流量反应时间特性及功率 转速特性等试验．试验油温为 8 0 q C ，吸油真空度 2 0 0 mb a r 。 5 ． 2 试 验 结果分析 5 ． 2 ． 1 流 量特性 试验台架的电液比例溢流阀全开．调整油泵转 ． ．． 4 6 ．．． 速 为 3 0 0 r ／ mi n ． 调 节 电液 比例 溢 流 阀 开度 ， 分 别 在 不 同转 向泵 出 口压力 0 ． 5 ～ 6 ． 0 MP a 下使 电机缓慢 升速至 7 0 0 0 r ／ mi n 测量 流量 与转 速关 系 ， 结果 如 图 4所示 。 由图 4可看 出 ． 在转 速 为 1 2 0 0 ～ 1 3 0 0 r ／ mi n时 ， 随转速的升高流量呈正 比例上升 ．然后随转速的继 续升高流量有所降低 ．其下降曲线的形式与流量控 制 阀 的弹簧预 紧力 、 刚度及 阀开 口面积相关 。 5 ． 2 ． 2 流量压 力特 性 试验台架的电液 比例溢流阀全开 ．调整转向泵 汽 车技 术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ．试 验 测试 ． 转速为 5 0 0 r ／ m i n ，慢慢调节电液 比例溢流阀开度 ， 测量流量与压力的关系曲线 在转速为 l 5 0 0 r ／ rai n 时重复上述试验。结果如图 5所示。 转速／ r ． m i i 1- 1 图 4流 量 特 性 曲线 J土力 ， MP 日 图 5 流量压力特性曲线 由图 5可看 出． 随负载压力逐步增加 0 ． 5 ～ 6 ． 0 MP a 流量逐步减小 ． 转速越高流量变化梯度越小 当转速为 1 5 0 0 r ／ m i n时流量变化值为 3 ． 4 ％ 转速为 5 0 0 r ／ rai n时流量变化值为 4 3 ． 1 ％当负载压力大于 安全 开启压 力时 流量 瞬间减 小 5 ． 2 ． 3 转矩 压力 特性 试验台架的电液比例溢流阀全开 ．调整油泵转 速为 5 0 0 r ／ m i n ，慢 慢 调节 电液 比例 溢 流 阀开 度 测 量电机的输出转矩与压力关系曲线 在转速分别为 l 5 0 0 r ／ mi n和 3 0 0 0 r ／ m i n时重复 上述试 验 试验 结 果 如 图 6所示 压力／ MP a 图 6转矩压力特性 曲线 由图 6可看 出。 在不同转速下 ． 转矩基本与负载 压力成正比例变化 ； 随转速的升高， 转矩压力曲线的 2 0 1 0年第 8期 线性化越来越明显 ． 其曲线间距差 由0 ． 0 7 N m降至 0． 0 2N ／ l q 。 5 ． 2 ． 4 流量反应时间特性 试验台架 的电液比例溢流阀全开 ．调整转 向泵 转速为 1 5 0 0 r ／ m i n ． 关闭旁通 阀． 慢慢调节电液 比例 溢 流 阀开 度至油 泵 出 口压力 为 5 MP a 调 整 电机转 速至 1 0 0 0 r ／ mi n ， 打开旁通阀 ． 1 S 后关闭旁通阀， 测 量 流量 、 压力 时间 变化 曲线 。结果 如 图 7所示 。 厘 鲁 转 速／ r mi n 图 7流量 、 压力反应时间随转速变化特性 曲线 由图 7可看出 ， 在不同转速 1 0 0 0 4 0 0 0 r ／ m i n 下 流量 反应 时间 变化不 大 ．基本 稳定 在 0 ． 3 1 0 ． 3 5 s 内 而压力反应时间随转速升高成抛物线趋势减小 ． 其变化值比为 2 1 。 5 ． 2 ． 5 功率转 速特 性 试验台架的电液比例溢流阀全开 ．调整转 向泵 转速为 3 0 0 r ／ mi n ． 调节电液比例溢 流阀开度 ． 分别 在不 同转 向泵 出口压力 0 ． 5 ～ 6 ． 0 MP a 下使 电机缓 慢升速至 3 0 0 0 r ／ m i n 。 测量功率与转速关系曲线 ， 结 果如 图 8 所 示 转速／ r m i n 一 1 图 8 功率转速特性曲线 由 图 8可 看 出 ．随 不 同 负 载 压 力 的 逐 步 增 加 2 ． 0 ～ 6 ． 0 M P a ，电机输 出功率与转速呈正 比关 系， 压力 越高 比例 系数越 大 ， 为 O ． 4 4 ～ 0 ． 7 8 。 6结束语 本文分析了某液压动力转向油泵 叶片泵 的工 作状态并建立 了数学模型．研究了油泵试验台的组 成及液压模型，对 比分析了不同企业标准试验项 目 及 方法 的差 异 ．提 出 了增 加压 力流 量动态 特性 试验 一 4 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 试 验 测 试 ． AMT台架试验方法研究 张 威 陈慧岩 1 赵 亦农 1 赵 兴 国 2 1 ． 北京理工大学 ； 2 ． 总装备部装甲兵军事代表局 【 摘要】 以模拟 A M T实际运行环境进行自动换挡试验为 目标， 构建了基于 C A N通讯网络的A MT试验台控制系 统 。通过分析车辆行驶阻力 和驾驶员操纵行为 ， 并考 虑电涡流测功机的加载特性 ，给出了试验 台模拟平直路 面行驶 工况的油门变化原则和测 功机 的理论加载量。通过试验台控制系统实现了发 动机转速和测功机加载 的协调控制 ．并 进行了模拟平直路面行驶 的换挡试验。试验结果表明 ， 台架试验与实车换挡中各 主要 参数 变化历程相符 ．证 明 了 该 AM T试验 台控制方法的可行性 。 主题词 AMT自动换挡试验台 中图分类号 U 4 6 3 ． 2 1 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 3 7 0 3 f 2 0 1 0 0 8 0 0 4 8 0 4 I nv e s t i g a t i o n o n Te s t M e t ho d o f t h e AM T Be nc h Te s t Zh a n g W e i ，Che n Hui y a n ，Z ha o Yi no n g ，Zh a o Xi n g g u o 1 ． B e i j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ； 2 ． Mi l i t a r y R e p r e s e n t a t i v e B u r e a u o f A r m o r e d F o r c e ， G e n e r a l A r ma m e n t D e p a r t me n t 【 A b s t r a c t ] T o s i m u l a t e a u t o m a t i c g e a r - s h i ft u n d e r A MT o p e r a t i n g c o n d i t i o n s ． a n A M T t e s t b e n c h c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n CAN n e t wo r k wa s b u i l t ．B y a n a l y z i n g v e h i c l e s d r i v i n g r e s i s t a n c e a n d d r i v i n g b e h a v i o r ，a n d t a k i ng i nt o c o n s i d e r a t i o n t h e l o a d i n g c h a r a c t e ris t i c s o f e d d y c u r r e n t d y n a mo me t e r ，t h e t h r o t t l e v a ri a t i o n p rin c i p l e a n d t h e o r e t i c a l d y n a mo me t e r l o a d i n g a mo u n t s we r e g i v e n f o r s i mu l a t i n g s t r a i g h t r o a d wo r k i n g c o n d i t i o n s o f AMT ． T h e c o o p e r a t i v e c o n t r o l o f e n g i n e s p e e d a n d d y n a mo me t e r l o a d i n g wa s i mp l e me n t e d t h r o u g h t e s t b e n c h c o n t r o l s y s t e m， a n d t h e g e a r s h i ft t e s t i n s i mu l a t e d s t r a i g h t r o a d d riv i n g wa s c a r r i e d o u t ．T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t c o u r s e o f c h a n g i n g o f ma i n g e a r s h i ft i n g pa r a me t e r s o f t h e b e n ch t e s t a r e c o i n c i d e n t wi t h t he a c t ua l ge a r -s hi f t pr o c es s ，a n d t h e f e a s i b i l i t y o f t h e t e s t a pp r o a c h i s pr o v e d． Ke y wo r ds AM T，Au t o g e a r -s hi ft，Te s t be nc h 1 前言 自动机 械变速 器 f A MT 的性能 与整 车 的动力 性 、 经济性和舒适性密切相关 因实车试验采集的数 据有 限且 成本较 高 ．所 以 A MT台架试 验是 A MT研 究 开发 中的重要 环节 通过 台架 试验 可实现 最佳 的 动力性或经济性 。为 A MT的装车试验奠定基础． 进 而减少实车试验时间 由于引进的动态电加载试验 台价格 昂贵 ．为此 以电涡流测功机作 为 A M T试验 台 的主要加载设备， 构建了AMT试验台联合控制系统。 使用该控制系统可 自动调整电控柴油机转速和测功 机 的加载 量 ， 模 拟 A MT实 际运行环境 ， 实现 自动换 挡 试验 。 2 试验 台构成 2 ． 1主 要设备 AM T试 验 台 主 要 由 电 控 系 统 和 试 验 设 备 2 部 分 组 成 。 主 要 设 备 包 括 功 率 为 3 3 0 k W 的 的必要性 ，并 以某叶片泵为例进行了台架试验 通 过 试验数 据可 很好地 细化模 型 ．为液 压动 力转 向系 统匹配提供数据参考 参 考 文 献 1 程飞 ， 颜尧 ， 李玉琴 ， 等． 汽车动力转 向系统匹配试 验研究． 汽车工程 ， 2 0 0 8 ， 3 0 7 ． - - - 48 --- 2 许 阳坡． 电动液压助力转 向系统控制算法研究及实现 『 学 位论文1 ． 天津 天津大学 ， 2 0 0 6 ． 3 李勇 ， 季学武 ． 孙凌玉． 电控液压助力转向系统控制器 的开 发． 汽车科技 ． 2 0 0 7 4 ． 责任编辑文楫 修 改稿收到 日期 为 2 0 1 0年 7月 2 0日 汽 车技 术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m