基于硬件在环仿真试验平台的电动液压助力系统能耗分析

论文

第２６卷２０１０芷

第８期８月

农业工程学报

ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣＳＡＥ

、，０１．２６ＮＯ．８

１１７

Ａｕｇ．２０１０

基于硬件在环仿真试验平台的电动液压助力系统能耗分析

陈勇１，一，常绿２，夏晶晶２

（１．江苏大学汽车与交通工程学院，镇江２１２０１３；

２．淮阴工学院交通工程系，淮安２２３００２）

摘要：为了研究电动液压助力转向（ＥＨＰＳ）系统的能耗影响冈素，该文搭建了ＥＨＰＳ系统硬件在环仿真试验平台，包括丰控平台、方向盘驱动模块、测试系统模块和转向阻力液压加载模块。利用该平台对某型ＥＨＰＳ系统ｔ要组成元件的能耗进行了测试，该试验条件是在模拟农村道路的驾驶情况Ｆ，研究影响电动液压助力转向系统能耗的关键因素。试验结果表明，电动液压助力转向系统的待机功率，液压油的温度、黏度，转向阀的压降以及转向齿条力的大小对电动液压助力转向系统的能耗影响较大。研究结果对开发新型节能ＥＨＰＳ系统具有指导意义。关键词：汽车部件及装置，转向装置，节能，电动液压助力转向，硬件在环仿真，能耗ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—６８１９．２０１０．０８．０２０中图分类号：ｕ４６３．４４

文献标识码：Ａ

文章编号：１００２—６８１９（２０１０）一０８—０１１７—０６

陈勇，常绿，夏晶晶．基于硬件在环仿真试验平台的电动液压助力系统能耗分析［Ｊ］．农业工程学报，２０１０，２６（８）：

１１７—１２２．

Ｃｈｅｎ

Ｙｏｎｇ，ＣｈａｎｇＬｆｉ，Ｘｉａ

Ｊｉｎｇｊｉｎｇ．Ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ

ａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｆｅｌｅｃｔｒｏ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇ

ｓｙｓｔｅｍ

ｂａｓｅｄｏｎ

ｈａｒｄｗａｒｅ—ｉｎ－ｌｏｏｐ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣＳＡＥ，２０１０，２６（８）：１１７—１２２．（ｈａＣｈｉｎｅｓｅｗｉｔｈＥｎｇｌｉｓｈａｂｓｔｒａｃｔ）

０引

言

１

ＥＨＰＳ系统的工作机理分析

电动液压助力转向系统的基本组成如图１所示。主

近年来，为了降低农用车辆的能耗人们做了多方面的努力，针对传统的液压助力转向（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ

ｐｏｗｅｒ

要包括：方向盘、转向柱、方向盘转角传感器、车速传感器、电控单元（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ

ｃｏｎｔｒｏｌ

ｓｔｅｅｒｉｎｇ，ＨＰＳ）系统能耗大、助力效果不理想的状况，目前两种正在发展的助力转向系统正被用于取代ＨＰＳ系统，第一种就是电动液压助力转向（ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ

ｐｏｗｅｒ

ｕｎｉｔ，ＥＣＵ）、助力电

机、液压泵、转向器及转向车轮等。

ｓｔｅｅｒｉｎｇ，ＥＨＰＳ）系统，其液压泵独立于发动机由电动机单独驱动，这将较多地减少ＥＨＰＳ系统的功率需

ｐｏｗｅｒ

求，降低能耗；第二种是电动助力转向（ｅｌｅｃｔｒｉｃ

ｓｔｅｅｒｉｎｇ，ＥＰＳ）系统，其助力由电动机苴接提供，这样可以大幅度提高传动的效率，同时降低能耗【ｌｏ】，但由于电机功率的限制，ＥＰＳ系统只适用于中小型的车辆，而对于前端荷重较大的农用车辆，为确保其转向轻便，应首选ＥＨＰＳ系统。

近年来，国外学者在迸一步降低ＥＨＰＳ系统能耗研究方面进行了一些有益的探索卜６】。国内目前ＥＨＰＳ系统的研究工作主要集中在控制理论方面［７－１３】，在降低能量消耗方面未见报到。本文通过建立ＥＨＰＳ系统的硬件在环仿真试验平台，实时模拟ＥＨＰＳ系统的转向工况，用来研究分析影响ＥＨＰＳ系统能量消耗的主要因素，并提出降低能耗的方法措施，试验研究结果对开发新型节能ＥＨＰＳ系统具有指导意义。

转向时，ＥＨＰＳ系统的ＥＣＵ根据车速、方向盘角速度传感器信号，运算处理后输出脉宽调制（ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＰＷＭ）的占空比信号，以控制直流无刷电

收稿口期：２００９－０６－０１

修订日期：２０１０－０３．１８

Ｆｉｇ．１

注：９、Ｑ２——转向阀入口流量：口３，Ｑ４——转向阀同流入油箱的流量；Ｑ５、ｇ广一转向阀流入转向油缸左右腔的流量：Ｑ‰——转向阀入Ｅｌ总流量（ｋ——转向阀回流入油箱总流量

图ｌ

ＥＨＰＳ系统的结构图

ｆｅｌｅｃｔｒｏ．ｈｙｄｒａｕｌｉｃ

ｓｔｅｅｒｉｎｇ）ｓｙｓｔｅｍ

ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆＥＨＰＳ

ｐｏｗｅｒ

机的转速，使电机驱动的液压泵的输出流量发生改变，进而控制进入助力油缸油液的压力，以控制助力大小，实现变助力转向。该系统可实现车辆低速行驶、方向盘快速转动和方向盘大转矩工作时为其提供大助力，保证基金项月：江苏省基础研究计划（自然科学基金）（ＢＫ２００９１６８）；江苏省高校自然科学研究计划项目（０９ＫＪＢ５８０００１）作者简介：陈

勇（１９７２一），男，江苏淮安人，博士生，主要从事汽车机

电一体化技术研究。镇江江苏大学汽车与交通工程学院，２１２０１３。

论文

汽车美容类型（一）汽车/用品/配件/改装/摩托

●汽车美容之车表护理：无水洗车、泡沫精无水洗车

/list.php/26

致洗车、全自动电脑洗车、中性环保蜡水精细洗车，底盘清洗，漆面圬渍处理、漆面飞漆处理、新车开蜡、氧化层去除、漆面封蜡、漆面划痕处理、抛光翻新、金属件增亮、轮胎增亮防滑、玻璃抛光、轮毂清洁处理、外饰条清洗、发动机外部美容、划痕快速修复、汽车漆表的沥青、焦油的去处、顶蓬去污翻新处理、汽车玻璃防雨防雾处理

●汽车美容之内饰翻新：顶棚清洗、车门衬板清洗、仪表盘清洗护理、桃木清洗、丝绒清洗、地毯除臭、塑料内饰清洗护理、真皮座椅清洗、全车皮革养护、全车桑拿、空调风口清洗、座套坐垫清洗、行李箱清洁护理、全车吸尘处理

●汽车美容之高级美容：漆面封釉、漆面镀膜、汽车桑拿、底盘装甲、臭氧消毒、划痕修复、专业真皮修护、/list.php/50014481

论文

/list.php/50014648汽车美容类型（二）

现代汽车美容服务大体上可分为车身美容、内部美容、漆面处理、汽车防护和汽车精品等几部分。

1.车身美容

车身美容主要包括高压洗车，除锈、去除沥青、

焦油等污物，上蜡增艳与镜面处理，新车开蜡，钢圈、轮胎、保险杠翻新与底盘防腐涂胶处理等项目。经常洗车可以清除车表尘土、酸雨、沥青等污染物，防止漆面及其他车身部件受到腐蚀和损害。适时打蜡不但能给车身带来光彩亮丽的效果，而且多功能的车蜡能够无微不至地呵护爱车，可以防紫外线、防酸雨、抗高温及防静电。/list.php/50014477

2.内部美容

内部美容主要分为车内美容、发动机美容、行

李箱清洁等内容。其中车内美容包括仪表台、顶棚、地毯、脚垫、座椅、座套、车门衬里的吸尘清洁保护，以及蒸汽杀菌、冷暖风口除臭、车内空气净化等项目。发动机美容则包括发动机冲洗清洁、喷上光保护剂、

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做翻新处理、三滤清洁(指的是燃油滤清器、机油滤清器、空气滤清器)等项目。

3.漆面处理漆面处理服务项目可分为氧化膜处理、飞漆处

理、酸雨处理、漆面划痕处理、漆面破损处理及整车喷漆。漆面处理不仅能使爱车永保“青春”。还能复原您不慎造成的划痕及破损。更好地保护车身，使汽车保值。/list.php/50018720

4.汽车防护

汽车防护的项目包括贴防爆太阳膜、安装防盗器、安装静电放电器、安装汽车语音报警装置等。汽车防护虽然对汽车的美观不产生直接影响，但却能很好地呵护爱车。/list.php/50014537

5.汽车精品

汽车精品是汽车美容的点睛之处，也是一种汽车生活文化的体现，它致力于把汽车营造成一个流动的

论文

生活空间，诸如车用香水、蜡掸、护目镜、把套、坐垫等。汽车精品带给人们的是一种贴身的关怀。

一分功夫一分精彩。美丽的背后绝不仅仅是追逐时尚的冲动，更多的是对另一种物质文化的把握。

论文

１１８

农业工程学报

２０１０笠

方向盘小转矩工作时提供小助力，保证驾驶员获得较强的路感。当不需要提供转向助力时，直流电机在小电流驱动下以很低转速转动，以便需要转向助力时能快速提高电机转速，同时起到节能的目的。

２试验台系统方案

ＥＨＰＳ系统理论主要是研究助力液压泵、转向阀和助力油缸的工作特性，驱动电机的控制技术，转向工况的助力特性、ＥＨＰＳ系统控制策略、能量消耗等。为了研究探索相关理论与方法，ＥＨＰＳ系统硬件在环仿真试验平台需具有良好的可控性与可扩展性。

试验台采用模块化设计方法，如图２所示，包括ＥＨＰＳ仿真试验主控平台、方向盘驱动模块、测试系统模块、转向阻力加载模块、各功能模块可以根据研究需要进行改进。

——＋控制信号…一—◆测试信号

图２试验台的方案框图

Ｆｉｇ．２

Ｆｒａｍｅ

ｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｂｅｎｃｈ

试验台应能实现模拟农用车辆各转向工况，对所提出的ＥＨＰＳ系统的控制策略进行硬件在环仿真，以便改进ＥＨＰＳ系统的控制方法和策略，达到ＥＨＰＳ系统的优化。因此试验台架要具有农用车辆转向工况及道路阻力模拟功能，还需要测控系统对这些功能模块进行监测及控制。２．１试验台系统组成

如图２所示，ＥＨＰＳ系统硬件在环仿真试验平台由ＥＨＰＳ仿真试验主控平台、ＥＨＰＳ系统、方向盘驱动模块、转向阻力加载模块（根据整车动力学模型来模拟，转向阻力由液压加载系统提供）、以及测试模块组成。ＥＨＰＳ系统由实际的硬件组成，电机选用１２

Ｖ、６００

Ｗ无刷直

流电机，最高工作转速为４０００ｒ／ｍｉｎ；液压泵为自行设计的，最高工作压力为９．６ＭＰａ，排鼍为１．５ｍＬ／ｒ，最大流量为６Ｌ／ｍｉｎ；转向器最大输出负荷为７

２００

Ｎ，油缸

的内径为３８ｍｍ，齿条的直径为２２ｍｍ，齿条行程为５：６７．５

ｍｉ／ｌ，总圈数为（３．５＋０．１）圈，齿轮齿条比为５１ｍｍ／ｒ。

２．２基本工作原理

ＥＨＰＳ仿真试验主控平台根据方向盘驱动方式的不同（既手动驾驶和自动驾驶），若为手动驱动，由测试人员输入随机的转向信号，若为自动驾驶，主控平台根据设定的转向信号输入方向盘驱动模块来驱动ＥＨＰＳ系统试模块采集ＥＨＰＳ系统中各个测试点的数据进行特性分析。

２．２．１方向盘驱动模块

如图３所示，该仿真试验平台方向盘的驱动有两种方式：手动驾驶方式和自动驾驶方式。手动驾驶方式靠试验人员用手动驱动方向盘进行驾驶。自动驾驶方式靠伺服电机对方向盘进行驱动。相对手动驾驶，自动驾驶方式重复性好，控制精度高，通过相关设置，可以实现多种模式输入（如正弦角度输入、阶跃角度输入、脉冲角度输入等）。

ＥＨＰＳ

仿真试验主控平台

方向盘

图３

方向盘驱动模块方案框图

Ｆｉｇ．３

Ｆｒａｍｅｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇｗｈｅｅｌｄｒｉｖｉｎｇｍｏｄｕｌｅ

自动驾驶系统由研华ＩＰＣ．６１０工控机，研华ＰＣＩｌ２４０运动控制卡，英迈克ＹＣＭＩ电机伺服控制器，英迈克８０伺服电机及齿形皮带减速机构组成。ＰＣＩ（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）运动控制卡根据要求的输入模式计算控制脉冲频率并发送给电机控制器，以完成对电机运动的位置控制。转向轴上的光电编码器将方向盘的实际位置反馈给电机控制器，以便于实现电机位置的闭环控制，从而精确控制方向盘的转动。２．２．２转向阻力加载模块

转向阻力加载模块用来模拟农用车辆转向阻力。它根据车辆的行驶速度和转向角度，实时模拟车辆的转向阻力。目前国内转向试验台一般采用弹簧加载方式。这种加载方式的优点是结构简单、成本较低，但由于弹簧的弹性系数小能实时调节，从而不能准确地模拟车辆在各种转向工况下的转向阻力。为克服上述缺点，该仿真试验平台采用了基于ＰＬＣ控制的液压加载系统，该加载系统由研华ＩＰＣ．６１０工控机，西门子Ｓ７．２００ＰＬＣ，力乐士ＤＢＥＴ－６０比例压力控制阀，力乐士４ＷＲＡ．２１比例方向阀和压力传感器ＢＰＲ．４０等组成，如图４所示。加载油缸产生的轴向阻力直接加载到ＥＩ－ＩＰＳ系统的助力油缸的输出端。

拉压传感器用来检测实际作用在齿条上的阻力大小。位移传感器用来确定方向盘是否回到中位。车辆转向时，ＥＨＰＳ仿真试验主控平台根据车辆运行工况（方向盘转角０和车速矿），实时计算出车辆转向阻力，并传递给ＰＬＣ液压加载控制单元，ＰＬＣ通过控制比例压力控制

论文

第８期

陈勇等：基于硬件在环仿真试验平台的电动液压助力系统能耗分析

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整车动力学模型用来实时计算车辆的转向阻力，由于该仿真平台主要是研究转向系统的特性，因此整车模型不需要采用过多的自由度。考虑到实际研究的需要，该仿真试验平台中采用了２自由度整车模型来模拟真实的车辆运动【１５】，如图５所示。

……卜测试信号———◆控制信号——液压传动

注：ＰＬｃ——可编程逻辑栉制器：卜方向盘转角：卜车速：ｚ，删——转向阻力矩；ＪＤ。崭一加载油缸目标油压；尸叠广加载油缸实测油压

图４转向阻力加载模块方案框图

Ｆｉｇ．４

Ｆｒａｍｅｓｃｈｅｍｅｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｌｏａｄｉｎｇｍｏｄｕｌｅ

图５

２自由度车辆模型

Ｆｉｇ．５

２ＤＯＦｖｅｈｉｃｌｅｍｏｄｅｌ

根据图５建立的整车动力学方程为

２Ｃ２＋２矗＝ｍ（ｄｖ／ｄｔ＋ｕｃｏ，．）

…

２ａＦｙｌ一２ｂＦｖ２＝＇ｊ摹ｍｒ｝ｍ口ｌ＝卢＋ａｃｏ，／ｕ一５，＾、

、二’

口２＝ｐ～６ｑ／“

点的侧偏角，ｔａｄ；∞，——车辆质心的横摆角速度，ｒａｄ／ｓ；ＯＸ、缈——车辆坐标系的纵轴和横轴；“、’，——车辆质心的速度矿在ＯＸ轴、缈轴的分量，ｍ／ｓ；ｆ——时间，ｓ。

研究中，采用了线性化轮胎模型１３１，轮胎模型为

Ｃ，．

方ｃ，＋ｃｔ—ｑｑ

＼Ｊ，

…

ｒ．

．

旁ｃ：＋ｃｚ—Ｃｒ％

Ｎ／ｒａｄ；驴捌胎侧向刚性系数。

式中：Ｃ，——前轮侧偏刚度，Ｎ／ｔａｄ；Ｃ——后轮侧偏刚度，

根据以上各式计算出Ｒ１后，车辆转向阻力矩大小为

乙＝２瞩

（４）

善＝乞＋磊

式中：孝——前轮转向时总拖距，ｍ；已——主销后倾拖

距，１１１；己——轮胎拖距，ｍ。

根据车辆转向阻力矩大小确定加载在助力液压缸上的模拟阻力的大小。２．２．３测试模块

电动液压助力转向系统硬件在环仿真试验台测控模块主要采集ＥＨＰＳ系统液压泵的输出压力、流量、温度信号，方向盘角速度、转角、扭矩信号，助力油缸的拉压力、位移信号，直流无刷电机的转速、电流信号，对方向盘的输入及转向阻力等进行控制。主控平台采用工

控机，测试系统数据采集软件用虚拟仪器技术开发。测试模块硬件如图６所示。

拉压、位移传感器

，、

转向油缸Ｌ一～

／Ｊ１１ｍ、／

｝：医召蚓圉｛；三手：：：：：：：：￡碡

…………一Ｊ…………二

Ｌ．厂Ｕ甫向舟、ｆ，一…－一．Ｘ…一一ｊ

转向脚

ｌ一芒茎ｉ峥亡丁一ｉ

ｉ一｛＿——；磊磊鬲］｛－１

１１１１竺竺兰ｌＩ温度传感器｝ｊ

ｉ≥二善

ｉ厂———Ｊ二——］

｛

ｉ

……一－测试信号——液压传动

图６测试模块方案框图

Ｆｉｇ．６

Ｆｒａｍｅｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｔｅｓｔｍｏｄｕｌｅ

３能耗分析

３．１能量流分析

式中：毋ｌ、‰——地面对前后轮的侧向反作用力，即侧

偏力，Ｎ；ｎ、６——车辆质心到前后桥的距离，ｍ；Ｚ——

车辆绕ｚ轴的转动惯量，ｋｇ／ｍ２；卜前轮转角，ｒａｄ；

论文

１２０

农业工程学报

２０１０龟

不断的被吸收并输入转向系统，最终在没有产生任何转下面对功率消耗的因素进行分析。如图７所示为ＥＨＰＳ系统能量流动示意图。

向行为的情况下消耗在系统中，从而造成能量的浪引５１。

侮Ｉ

；臼

ｅｍｌ：…………王…一…一＆…………Ｊ

注：Ｐ卜—一哄电功率；￡‘——供电电压：，ｌ＿——供电电流；【‘——电机电枢电压：曩一电枢电流；Ｐ卜Ｅ（Ⅳ输出功率；Ｐｅ广—一ＥＣｕ的功率损失；Ｐａ卫——电机输出功率；如Ⅲ——电机功率损失：尸ｐ——液压泵输出功率：Ｐｐｒ一液压泵功率损失；尸ｖ一转向阀输出功率；Ｐ０———转向阀功率损失；Ｐｈ一转向油缸输出功率：尸ｈ广转向油缸功率损失；Ｐｆ一驾驶员输入功率；Ｐｍｒ一机械传动功率损失；Ｐ１．一转向齿条输出功率

图７

Ｆｉｇ．７

Ｅｎｅｒｇｙｆｌｏｗｉｎｔｈｅ

ＥＨＰＳ系统能量流动示意图

ＥＨＰＳ（ｅｌｅｃＷｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇ）ｓｙｓｔｅｍ

ＥＨＰＳ系统供电功率Ｐｓ的计算方法为果对研究ＥＨＰＳ系统的能耗提供了一个良好的预测效果。

（６）

只＝虬Ｌ＋足ｌ譬＋｝

ｒ１２

在待机模式下是没有助力需求的，所以转向齿条没有功率输出，因此，液压系统的输出功率Ｒ为零。所有的功率被消耗在液压系统叫路中。

瑚

一

ｏｋｏＩｎ

式中：也，——控制器电阻，Ｑ；Ｒ如。——ＥＣＵ输出端电

阻，Ｑ。

ＥＨＰＳ系统控制单元ＥＣＵ根据转向需求提供给直流无刷电机ＰＷＭ控制信号，产生相应的电枢电压以和电流厶。因此，输出功率Ｐｃ的计算公式为

只＝以Ｌ

（７）

ｏ＼

芷癣捌＿叵瓷

抛

啪

∞

控制单元ＥＣＵ的功率损失主要是控制器本身的电阻见Ｉ损耗和ＥＣＵ的输出端电阻见Ｉｍｎ损耗。

电机的输出功率是输出扭矩和角速度。电机的损耗主要是铁损，较少的损耗如铜损和摩擦损耗；液压泵和电机摩擦模型集中在电气模块中，其中因压力变化而导致摩擦力变化的原因会导致低估泵的损耗和高估电机模块损耗。液压模块的第一次能量转化是泵将电机传来的机械能转化为液压能（泵输出压力和流量的乘积），电机的输出功率和液压泵的输出功率的差额即液压泵的功率损耗。第二次能量转化是在转向阀，由于压降导致了转向阀的功率损耗。最终的液压输出功率Ｐｈ产生了液压缸的推力和转向齿条的速度，这也是输入机械转向系统的功率。

在机械模块中功率的输入Ｐｄ是驾驶员从方向盘输入的扭矩和角速度的乘积。输出功率尸Ｉ为转向齿条的力和速度的乘积，机械模型的损耗是由于系统中的摩擦产生

的。

≥春

踟啪

０

５

１０

１５

２０

２５

３０

３５

柏

４５５０７

ｓＣＮ／ｓ

图８在农村道路上测量的方向盘转角

Ｆｉｇ．８

Ｍｅａｓｕｒｅｄｓｔｅｅｆｉｎｇｗｈｅｅｌａｎｇｌｅａｔ

ａ

ｃｏｕｎｔｒｙｒｏａｄ

７００

６００

５００

４００

杂３００

２００

１００

３．２能量流的结果

首先采集具有代表性的农村道路驾驶时的车辆方向盘的转角，结果如图８所示。而在其他路况条件下，方向盘转角和角速度都相对较低，不具代表性。以此方向盘转角信号输入ＥＨＰＳ系统硬件在环仿真试验平台，得０

ｌｏｏ

Ｏ

５

１０

１５

２０

２５

３０

３５

４０

４５

５０

时问／ｓ

图９

ＥＨＰＳ系统的能量流

论文

第８期陈勇等：基于硬件在环仿真试验平台的电动液压助力系统能耗分析

１２１

在功率模式下，有方向盘转角输入和转向齿条力需求时，转向齿条的输出功率Ｐｔ见图９。值得注意的是，尽管转向齿条的输出功率只有短时间的大约９９ｗ左右的峰值功率的需求，但平均输出功率低于０．６２ｗ。此外，由于机械损耗的原因转向齿条的输出功率将会增加。转向时大部分的功率是由液压系统供给，而驾驶员的输入功率尸ｄ只占很少一部分。由图７可知，液压系统的输出功率是由泵的输出功率提供，液压系统主要的能量损耗发生在转向阀。泵的功率来自电机，而电机的功率是通过ＥＣＵ由电源供应的。在待机和功率模式下各组成元件的平均输出功率列于表１。

表１待机和功率模式各组成元件平均输出功率

Ｔａｂｌｅ１

Ａｖｅｒａｇｅｐｏｗｅｒｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ

ｏｎ

ｓｔａｎｄｂｙａｎｄ

ｐｏｗｅｒｍｏｄｅ

Ｗ

在低转向的需求时，系统主要运行在待机模式，所有功率消耗大约在７５Ｗ左右。主要的功率损耗发生在电动机和转向阀上。转向油缸，转向齿条的平均功率需求较少。驾驶员的平均功率输入也较少。

由上可知，ＥＨＰＳ系统的功率消耗主要由待机模式的功率消耗决定，而功率模式对其影响较小。

３．３关键参数对能耗的影响

仿真试验中通过改变ＥＨＰＳ系统的一些主要参数来说明其对功率消耗的影响（见表２）。这里应当指出，参数之间是相互关联的，改变其中一个参数可能会改变或降低系统的性能，同时其他相关参数也可能需要加以调整。整个ＥＨＰＳ系统可以通过优化设计来获得最佳助力性能及能耗。

表２

ＥＨＰＳ系统主要参数对功率消耗的影响

Ｔ，ｌｂｌｅ２ＭａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＥＨＰＳｆｅｌｅｃｔｒｏ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒ

ｓｔｅｅｒｉｎｇ）ｓｙｓｔｅｍａｆｆｅｃｔ

ｏｎ

ｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ

由表２可知，对ＥＨＰＳ系统功率消耗主要影响因素是电源的供电电压，但是改变它会影响液压系统的流速模式在驾驶条件下占主导地位的原因，ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）的设置对功率的消耗有类似的影响。降低ＰＷＭ的值会影响电机达到功率模式的速度，因此是有限制的。减少泵的流量与改变供电电压基本上是相同的效

果。

ＥＨＰＳ系统的液压油温度，黏度对功率的消耗有比较大的影响，低温会导致能耗的增加。

对于ＥＨＰＳ系统的转向阀来说应该尽量减少流过节流阀液流的压降，目前这已成为一个有效减少功率消耗的方法。

ＥＨＰＳ系统的转向传动比和转向齿条力对功率消耗的影响较小。不过，减小转向齿条力也就允许使用较小的助力缸，从而降低了液压系统的流量，这将大幅度减少功率的消耗。

综上可知，ＥＨＰＳ系统功率消耗主要取决于待机模式。因此，目前发展的主要目标是减少在待机模式下的功率需求。４结论

１）通过搭建电动液压助力转向（ＥＨＰＳ）系统硬件在环仿真试验平台，对ＥＨＰＳ系统的主要组成元件的能耗进行了测试。试验数据结果表明，ＥＨＰＳ系统的主要能量损耗发生在电动机以及转向阀的节流阀处。

２）通过对试验的数据分析，ＥＨＰＳ系统所需功率的多少是由待机功率需求来决定的。通过研究ＥＨＰＳ系统待机模式和功率模式之间的快速转换规律来降低待机模式的能耗是目前主要研究的目标。

３）借助ＥＨＰＳ系统硬件在环仿真试验平台来确认对ＥＨＰＳ系统的能耗起主要影响的关键参数。其中液压油的温度，黏度，电机的待机转速、液压泵的流量和转向齿条力对能耗有较大的影响。

［参考文献］

【１】

ＢａｄａｗｙＡ，ＦｅｈｌｉｎｇｓＤ，Ａｌｅｘａｎｄｅｒｗ，ｅｔａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

ｏｆａ

ｎｅｗｃｏｎｃｅｐｔｏｆｅｌｅｅｔｒｉｃａｌｌｙｐｏｗｅｒｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇ［Ｚ］．

ＳＡＥ：Ｐａｐｅｒ

Ｎｏ．２００４－－０１－－２０７０，２００４．

【２】ＶｌａｄｉｍｉｒＶＫ，ＪｏｈｎＧＶｉｒａｌＡ，ｅｔａ１．Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒ

ｓｔｅｅｒｉｎｇ

ｓｙｓｔｅｍ［Ｚ］．ＳＡＥ：ＰａｐｅｒＮｏ．１９９９－－０１－－０４０４，１９９９．

【３】

解后循，高翔．电控／电动液压助力转向控制技术研究现状与展埋【Ｊ】．农业机械学报，２００７，３８（１）：１７８一１８１．ＸｉｅＨｏｕｘｔｍ，ＧａｏＸｉａｎｇ．Ｒｅｖｉｅｗａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏ

ｈｙｄｒａｕｌｉｃ

ｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇ

ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｆｒｏｍｔｈｅｖｉｅｗｐｏｉｎｔｏｆ

ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣＳＡＭ，２００７，３８（１）：１７８—１８１．

（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅｗｉｔｈＥｎｇｌｉｓｈａｂｓｔｒａｃｔ）

【４】４ＹｏｓｈｉｈａｒｕＩ，ＫｅｉｊｉＳ，ＫｙｏｓｕｋｅＨ．Ａｎｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ

ｉｎ

ａｎ

ｅｌｅｃｔｒｏ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃ

ｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇ（ＥＨＰＳ）ｓｙｓｔｅｍ［Ｚ］．ＳＡＥ：Ｐａｐｅｒ．９６０９３４，１

９９６．

【５】ＰｅｔｅｒＥ，Ｐｆｅｆｅｒ

Ｄ，Ｎｉｑｅｌ

Ｊ，ｅｔ

ａ１．Ｅｎｅｒｇｙ

ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆ

ｅｌｅｃｔｒｏ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ［Ｚ］．ＳＡＥ：ｐａｐｅｒＮｏ．２００５

－－０１～１２６２，２００５．

【６】６

Ｂｏｏｔｚ气ＢｒａｎｄｅｒＭ，ＳｔｏｆｆｅｌＢ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ａｎａｌｙｓｅｓ

ｏｆ

论文

１２２

农业工程学报

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃ圮ｏｎ

Ｆｌｕｉｄ

Ｐｏｗｅｒ．

２０１０年

Ｓｃａｎｄｉｎａｖｉａｎ

【１１】王豪，丁润涛，李志杰，等．电动液压助力转向系统仿真

叨．天津大学学报，２００８，４１（５）：６２７－－６３０．Ｗａｎｇ

Ｈａｏ，ＤｉｎｇＲｕｎｔａｏ，Ｌｉ

ＴａｍｐｅｒｅＦｉｎｌａｎｄ，２００３．

［７】

陈文良，谢斌，宋正河，等．拖拉机电控液压动力转向系统的研究【Ｊ］．农业』二程学报，２００６，２２（Ｉｏ）：１２２—１２５．

Ｃｈｅｎ

Ｚｈｉｊｉｅ，ｅｔａ１．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆｏｆ

ｅｌｅｃｔｒｏ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇ

Ｗｅｎｌｉａｎｇ，ＸｉｅＢｉｎ，ＳｏｎｇＺｈｅｎｇｈｅ，ｅｔａ１．Ｅｌｅｃｔｒｏ－－

ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００８，４ｌ（５）：６２７－－６３０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ谢也

Ｅｎｇｌｉｓｈａｂｓｔｒａｃｔ）

ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇｏｆｔｈｅＥｎｇｌｉｓｈ

ｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｒａｃｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ

Ｃｈｉｎｅｓｅｗｉｔｈ

ＣＳＡＥ，２００６，２２（１０）：１２２—１２５．（ｉｎ

ａｂｓｔｒａｃｔ）

（１２】王豪，丁润涛，李志杰，等．电动液压助力转向系统控制

算法研究与实现叨．公路交通科技，２００８，２５（７）：１５５－－

１５８．

『８１

石培吉，施国标，林逸，等．电控液压动力转向系统液压管路建模与特性【Ｊ】．农业机械学报，２００８，３９（１０）：

１７４一１７７．

Ｓｈｉ

Ｗａｎｇ

Ｈａｏ，ＤｉｎｇＲｕｎｔａｏ，Ｌｉ

Ｚｈｉｊｉｅ，ｅｔ

ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄ

ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ

Ｇｕｏｂｉａｏ，Ｌｉｎ

Ｙｉ，ｅｔ

ｏｆｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒ

ｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄ

Ｐｅｉｊｉ，Ｓｈｉａ１．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ

ａｎｄ

ｏｆ

ｓｔｅｅｒｉｎｇ

ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｉｎｅｓｏｆｔｈｅ

ＥＨＰＳ［ＪＩ．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ

ＣＳＡＭ，２００８，３９（１０）：１７４—１７７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ

ｗｉｔｈ

ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，２００８，２５（７）：ｌ５５—１５８．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅｗｉｍＥｎｇｌｉｓｈａｂｓｔｒａｃｔ）

Ｅｎｇｌｉｓｈ

ａｂｓｔｒａｃｔ）【１３］罗绍新，王芙蓉，杨清林，等．基于ＡＲＭ控制的电动液

压转向系统研究［Ｊ】．汽车技术，２００７，（６）：９一１２．

Ｌｕｏ

【９１９高峰，刘亚辉，季学武，等．电控液压助力转向系统的初步匹配计算［Ｊ】．北京航宅航天大学学报，２００７，３３（５）：

６０５－－６０７．

ＧａｏＦｅｎｇ，ＬｉｕＹａｈｕｉ，ＪｉＸｕｅｗｕ，ｅｔｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｏｆ

Ｓｈａｏｘｉｎ，Ｗａｎｇ

Ｆｕｒｏｎｇ，Ｙａｎｇ

Ｑｉｎｇｌｉｎ，ｅｔ

ａ１．Ｓｔｕｄｙ

ｏｎ

ｏｎ

ｅｌｅｃｔｒｉｃ

ｐｏｗｅｒｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇ

ｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄ

ＡＲＭ

ａ１．Ｐｒｍｉａｒｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，（６）：９一１２．（ｉｎ

ＣｈｉｎｅｓｅｗｉｔｈＥｎｇｌｉｓｈａｂｓｔｒａｃｔ）

ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ

ａｎｄ

Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，２００７，

【１４】顾兰智，台晓虹，申荣卫．电动助力转向系统硬件在环仿

真试验平台设计【Ｊ】．拖拉机与农用运输车，２００７，３４（４）：

９３—９５．Ｇｕ

Ｌａｎｚｈｉ，Ｔａｉ

Ｘｉａｏｈｏｎｇ，Ｓｈｅｎ

Ｒｏｎｇｗｅｉ．Ｄｅｓｉｇｎ

ｏｆ

ＥＰＳ

ｏｎ

３３（５）：６０５－－６０７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ、ⅣｉｔｈＥｎｇｌｉｓｈａｂｓｔｒａｃｔ）

［１０】黄勇，陈全世，仇斌，等．电动汽车电动液压式动力转向

系统的控制叨．公路交通科技，２００５，２２（１０）：１４７—１５０．

ＨｕａｎｇＹｏｎｇ，Ｃｈｅｎ

Ｑｕａｎｓｈｉ，Ｑｉｕ

Ｂｉｎ，ｅｔ

ａ１．Ｃｏｎｔｒｏｌｏｆ

ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ—ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

Ｔｒａｃｔｏｒ

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ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．

ｅｌｅｃｔｒｏ ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄ

ａｎｄ

Ｆａｒｍ

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ，２００７，３４（４）：９３—９５．（ｉｎ

ＣｈｉｎｅｓｅｗｉｔｈＥｎｇｌｉｓｈａｂｓｔｒａｃｔｌ

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，２００５，２２（１０）：１４７—１５０．（ｉｎ

Ｅｎｇｌｉｓｈ

Ｃｈｉｎｅｓｅ

ｗｉｔｈ

【１５】余志生．汽车理论［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００９：

１４４—１４７．

ａｂｓｔｒａｃｔ）

Ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

ｂａｓｅｄ

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ｈａｒｄｗａｒｅ－ ｉｎ－－ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔ

ＣｈｅｎＹｏｎ９１，一，ＣｈａｎｇＬｉｉ２，ＸｉａＪｉｎｇｊｉｎ９２

ｒ１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｎｄＴｒａｆｆｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎ９２１２０１３，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａｉｙｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉａｎ２２３００２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｎｔｈｅＥＨＰＳ（ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｈａｒｄｗａｒｅ．ｉｎ．１００ｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｂｅｎｃｈｗａｓｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅｔｅｓｔｂｅｎｃｈｉｎｃｌｕｄｅｄｍｏｄｕｌｅ，ａｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｍｏｄｕｌｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆ

ａ

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ｓｔｅｅｒｉｎｇ）ｓｙｓｔｅｍ，

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ｍａｓｔｅｒｐｌａｔｆｏｒｍ，ａｓｔｅｅｒｉｎｇｗｈｅｅｌｄｒｉｖｉｎｇｍｏｄｕｌｅｓ．Ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ

ａｎｄｓｔｅｅｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ’Ｓｈｙｄｒａｕｌｉｃ

ｌｏａｄｉｎｇ

ｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆＥＨＰＳｓｙｓｔｅｍＷａｓｔｅｓｔｅｄｂｙｔｈｅｂｅｎｃｈ，ａｎｄｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｕｏｎ

ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｃｏｕｎｔｒｙｒｏａｄｓｉｔｕａｔｉｏｎ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｎＥＨＰＳｓｙｓｔｅｍ

ｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐａｃｔｅｄｂｙｓｔａｎｄｂｙｐｏｗｅｒ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｖａｌｖｅ，ａｓｗｅｌｌａｓｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇ

ｒａｃｋ．ｎｅ

ｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｂｅｎｅｆｉｔｔｏｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｅｗｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇＥＨＰＳｓｙｓｔｅｍ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅｐａｒｔｓａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｓｔｅｅｒｉｎｇ，ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇ，ｈａｒｄｗａｒｅ。ｉｎ－ｌｏｏｐ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｅｎｅｒｇｙ

ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ

论文

基于硬件在环仿真试验平台的电动液压助力系统能耗分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

陈勇， 常绿， 夏晶晶， Chen Yong， Chang Lü， Xia Jingjing

陈勇,Chen Yong(江苏大学汽车与交通工程学院,镇江,212013;淮阴工学院交通工程系,淮安,223002)， 常绿,夏晶晶,Chang Lü,Xia Jingjing(淮阴工学院交通工程系,淮安,223002)农业工程学报

TRANSACTIONS OF THE CHINESE SOCIETY OF AGRICULTURAL ENGINEERING2010，26(8)0次

1.Badawy A.Fehlings D.Alexander W Development of a new concept of electrically powered hydraulicsteering[Paper No.2004-01-2070] 2004

2.Vladimir V K.John G.Viral A Electro hydraulic power steering system[Paper No.1999-01-0404] 19993.解后循.高翔 电控/电动液压助力转向控制技术研究现状与展望 2007(11)

4.Yoshiharu I.Keiji S.Kyosuke H An energy saving technique in an electro-hydraulic powersteering(EHPS) system[Paper.960934] 1996

5.王豪.丁润涛.李志杰.周岩.焦阳 电动液压助力转向系统仿真 2008(5)

6.王豪.丁润涛.李志杰.焦阳 电动液压助力转向系统控制算法研究与实现 2008(7)7.罗绍新.王芙蓉.杨清林.谢青勇 基于ARM控制的电动液压转向系统研究 2007(6)8.顾兰智.台晓虹.申荣卫 电动助力转向系统硬件在环仿真试验平台设计 2007(4)9.余志生 汽车理论 2009

10.Peter E.Pfefer D.Niqel J Energy consumption of electro-hydraulic steering systems[paper No.2005-01-1262] 2005

11.Bootz A.Brander M.Stoffel B Efficiency analyses of hydraulic power steering systerns 200312.陈文良.谢斌.宋正河.毛恩荣 拖拉机电控液压动力转向系统的研究 2006(10)13.石培吉.施国标.林逸.赵万忠 电控液压动力转向系统液压管路建模与特性 2008(10)14.高峰.刘亚辉.季学武.郭晓林 电控液压助力转向系统的初步匹配计算 2007(5)15.黄勇.陈全世.仇斌.陈伏虎 电动汽车电动液压式动力转向系统的控制 2005(10)

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