現(xiàn)代汽車的全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計

曾維　鄧樂樂

摘要：控制汽車行駛方向的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與汽車的操縱穩(wěn)定性最為密切，而車的轉(zhuǎn)向系是用來改變或保持汽車行駛方向的裝置，由轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)、轉(zhuǎn)向傳動裝置、轉(zhuǎn)向輪和專用機構(gòu)組成。為了提高轉(zhuǎn)向性能，當前現(xiàn)代汽車的全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)用比較多。本文首先概述了現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計要求，分析了全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作特性，驗證了現(xiàn)代汽車的全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的助力特性，通過穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗探討了現(xiàn)代汽車的全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的價值。

關(guān)鍵詞：液壓傳動；汽車；轉(zhuǎn)向機構(gòu)；設(shè)計

汽車的操縱穩(wěn)定性不僅影響到汽車駕駛的操縱方便程度，而且也是決定高速汽車安全行駛的一個主要性能。而其中的汽車轉(zhuǎn)向性能是汽車的主要性能之一，它直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性，對于確保車輛的安全行駛起著重要的作用[1]。動力轉(zhuǎn)向機是利用外部動力協(xié)助司機輕便操作轉(zhuǎn)向盤的裝置，隨著最近汽車發(fā)動機馬力的增大和扁平輪胎的普遍使用，使車重和轉(zhuǎn)向阻力都加大了，需要涉及合理的轉(zhuǎn)向機構(gòu)[2]。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是最早采用的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的形式，電子技術(shù)、電氣技術(shù)及新的控制策略的應(yīng)用使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生了革命性的變化，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展，但是液壓系統(tǒng)也仍然具有很好的應(yīng)用價值[3]。本文具體探討了現(xiàn)代汽車的全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計，現(xiàn)報告如下。

1.現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計要求

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以分為無助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著科技發(fā)展和新技術(shù)的采用，有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逐漸由傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）向電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）發(fā)展。汽車在轉(zhuǎn)向的時候，由于車輪與地面的摩擦，前橋載荷明顯提高，在沒有助力的情況下用手臂轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤會感覺到比較沉重，所以需要采取助力轉(zhuǎn)向來解決轉(zhuǎn)向輕便性問題。值得注意的是，轉(zhuǎn)向助力不應(yīng)是不變的，因為在高速行駛時，輪胎的橫向阻力小，轉(zhuǎn)向盤變得輕飄，很難捕捉路面的感覺，也容易造成轉(zhuǎn)向過于靈敏而使汽車不易控制[4]。所以在高速時要適當減低動力，但這種變化必須平順過度。

2.全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作特性

2.1 .全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

液壓式動力轉(zhuǎn)向裝置重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，利于改善轉(zhuǎn)向操作感覺，但液體流量的增加會加重泵的負荷，需要保持怠速旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)系統(tǒng)一般由液壓裝置和機械裝置兩部分組成，液壓部分有車速傳感器、方向盤角速度傳感器及控制單元等。機械裝置有電動泵總成、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、控制閥及油路等?？刂葡到y(tǒng)在接收到汽車發(fā)動機工作信號并通過自檢以后，開始正常工作。全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)系統(tǒng)通過車速傳感器和方向盤傳感器將車速信號和方向盤轉(zhuǎn)速信號傳遞給控制系統(tǒng)，控制電動泵轉(zhuǎn)速以改變系統(tǒng)的流量，從而改變系統(tǒng)的助力特性，使駕駛員的轉(zhuǎn)向手力根據(jù)車速和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或急轉(zhuǎn)彎時能以很小的轉(zhuǎn)向手力進行操作，在高速行駛時能以稍重的轉(zhuǎn)向手力進行穩(wěn)定操作，使操縱性和穩(wěn)定性達到較好的平衡狀態(tài)。

2.2 .全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的工作特性

當前有學(xué)者開發(fā)了一種能實現(xiàn)使轉(zhuǎn)向殼繞轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動的液壓作動裝置的小型化、且結(jié)構(gòu)簡單的液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)。在車輛大體為直行狀態(tài)的平面圖中，安裝有液壓作動裝置的可動部件的第1液壓作動裝置安裝部比安裝有該液壓作動裝置的固定部件的第2液壓作動裝置安裝部更加遠離差動叉軸的軸線。液壓傳動更容易實現(xiàn)其運動參數(shù)和動力參數(shù)的控制，由于具有傳遞效率高，可進行恒功率輸出控制，功率利用充分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，輸出轉(zhuǎn)速無級調(diào)速，可正、反向運轉(zhuǎn)，速度剛性大，動作實現(xiàn)容易等突出優(yōu)點。

3. 現(xiàn)代汽車的全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的助力特性

根據(jù)全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向時的特點，利用車速信號和方向盤角速度信號來決定電機的轉(zhuǎn)速，帶動液壓泵以某一流量向轉(zhuǎn)向閥供油，轉(zhuǎn)向閥根據(jù)輸入液壓油的流量和閥的開度決定油缸工作腔液壓油的壓強，進而獲得合理的轉(zhuǎn)向助力。為此在同一車速下，隨著方向盤的角速度不同，全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)系統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)速不相同。方向盤的角速度越大，電機的轉(zhuǎn)速越高，注入到油缸工作腔的高壓油量越大，提供的轉(zhuǎn)向助力就越大；方向盤的速度越低，電機的轉(zhuǎn)速越低，注入到油缸工作腔的高壓油量越小，提供的轉(zhuǎn)向助力就越小。而車速不同，電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供助力的比例系數(shù)不同。低車速、原地轉(zhuǎn)向時助力系數(shù)比高車速時助力系數(shù)高，目的是保證駕駛員在低車速或原地轉(zhuǎn)向時操作輕便和在高速時有良好路感的條件下，充分考慮電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)節(jié)能。同一方向盤角速度下，車速不同，電機的轉(zhuǎn)速也會隨之做出調(diào)整。隨著車速的升高，電機轉(zhuǎn)速降低。

4.現(xiàn)代汽車的全液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的實驗分析-穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗

操縱汽車以最低穩(wěn)定速度沿所畫半徑為15m的圓周行駛，待安裝于汽車縱向?qū)ΨQ面上的車速傳感器在半圈內(nèi)都能對準地面所畫圓周時，固定轉(zhuǎn)向盤不動，停車并開始記錄，記下各變量的零線。然后汽車起步，緩緩連續(xù)而均勻地加速，直至汽車的側(cè)向加速度達到6.5m/s為止，記錄整個過程。由圖1可知，曲線的斜率從總體來看是大于零的，由于實驗的誤差使效果不明顯。隨著側(cè)向加速度的增加，前后輪側(cè)偏角差值增加，轉(zhuǎn)向半徑增加，汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性。

總之，當前全液壓傳動技術(shù)有了突飛猛進的發(fā)展，其在應(yīng)用中的輸出助力的大小能夠隨車速和方向盤角速度的變化而變化，從而保障行車安全，仍然有一定的應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]許賢良.液壓技術(shù)回顧和展望[J].液壓氣動與密封，2012，6.

[2]史進軍，胡子正，孫華.雙筒液壓減振器異響的計算機仿真研究[J].北華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2002，3（6）：537-539.

[3]楊華勇，周華，路勇祥.水液壓技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國機械工程，2012，11.

[4]路甬祥.對流體傳動與控制技術(shù)的系統(tǒng)哲學(xué)思考[J].液壓氣動與密封，2005，5.