铰接车辆转向系统液压管路动态特性

　　0 引 言

　　铰接车辆通常采用全液压转向系统。目前研究人员对于铰接车辆液压转向系统的动态特性已经做了大量的研 究[1-9]，主要集中在对转向器、转向缸等元件以及整个液压转向系统的研究上，在建模研究过程中往往忽略了液压管路的影响，没有研究管路参数对整个液压转向系统动态特性的影响。而液压管路本身存在容性、阻性和感性等管路特性，这些特性同样会对整个转向系统的动态特性带来影响，影响主要体现在转向系统的响应速度及冲击缓冲等方面。本文以 FW-6 地下工程车液压转向系统转向器至动力缸之间的液压管路为例，充分考虑了管路参数的影响因素，基于功率键合图-方块图理论，建立了管路至负载的通用数学模型，运用 SIMULINK 仿真工具对转向器至动力油缸之间压力油管路的动态特以及该段管路参数对液压转向系统动态特性的影响进行了研究，得出了一些有用的结论。研究结果为液压系统管路的优化设计和动态特性分析提供了理论依据。

　　1 仿真数学模型的建立

　　铰接车辆要实现转向运动，就必须使车轮偏转某一角度。铰接车辆在转向过程中，轮胎的变形在一定范围内可以认为是弹性的，此时车轮和轮胎可以被简化为质量、阻尼和弹性元件组成的等效动力学模型，其等效弹性元件和阻尼的一端就是轮胎的接地点。对称布置的两个动力缸简化成一双出轴液压缸，且活塞两边的有效面积相等。铰接车辆全液压转向系统液压管路至负载部分数学模型可简化为如图 1 所示，由液压胶管、动力缸和负载组成，其中负载是指车架和轮胎等，在此简化为质量、阻尼和弹性元件[10-13]。

　　管路具有容性、阻性和感性效应，这些效应分布在整个管路上。目前对于管路动态性研究方法主要有特征线法、频率法、分布参数键图法等。管路分段集中参数法是频率法的一种，适合于管路较短、脉动频率较低时使用，否则误差较大;特征线法对摩擦项的高精度处理，使得其递推算法规整而且精确，但由于边值问题及与相关流体原件模型连接的困难，限制了特征线法在实际工程中的应用;管路分布参数法是另一种研究管道较为精确的频率法。本文用有限个数的集中参数管路阻抗近似代替分布参数管路阻抗，用简化传递矩阵的分段式集中参数法来建立液压管路的键合图模型，同时参考了李洪人、陈照弟[14]提出的包含动态摩擦项的方法，修正分段式集中参数模型，即采用包含有动态摩擦项的分段式集中参数模型来进行管路模型的搭建。图 2 即为所建立的分为 3 段的液压转向系统键图模型[13-16]，该模型形式简单，各参数的物理意义明显，能方便地与其他管路或非管路元件的数学模型相连接。根据管路不同的分段数，可以将该模型进行相应的扩充。