现代汽车的全液压式转向机构设计
关键词
汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能。而其中的汽车转向性能是汽车的主要性能之一，它直接影响到汽车的操纵稳定性，对于确保车辆的安全行驶起着重要的作用[1]。动力转向机是利用外部动力协助司机轻便操作转向盘的装置，随着最近汽车发动机马力的增大和扁平轮胎的普遍使用，使车重和转向阻力都加大了，需要涉及合理的转向机构[2]。液压助力转向系统是最早采用的助力转向系统的形式，电子技术、电气技术及新的控制策略的应用使得转向系统发生了革命性的变化，助力转向系统由传统的液压助力转向系统向电控液压助力转向系统、电动液压助力转向系统、电动助力转向系统发展，但是液压系统也仍然具有很好的应用价值[3]。本文具体探讨了现代汽车的全液压式转向机构设计，现报告如下。
1.现代汽车转向机构的设计要求
汽车转向系统可以分为无助力转向系统和有助力转向系统。随着科技发展和新技术的采用，有助力转向系统逐渐由传统的液压助力转向系统(HPS)向电动液压助力转向系统(EHPS)和电动助力转向系统(EPS)发展。汽车在转向的时候，由于车轮与地面的摩擦，前桥载荷明显提高，在没有助力的情况下用手臂转动转向盘会感觉到比较沉重，所以需要采取助力转向来解决转向轻便性问题。值得注意的是，转向助力不应是不变的，因为在高速行驶时，轮胎的横向阻力小，转向盘变得轻飘，很难捕捉路面的感觉，也容易造成转向过于灵敏而使汽车不易控制[4]。所以在高速时要适当减低动力，但这种变化必须平顺过度。
2.全液压式转向机构的结构与工作特性
2.1 .全液压式转向机构的结构
液压式动力转向装置重量轻，结构紧凑，利于改善转向操作感觉，但液体流量的增加会加重泵的负荷，需要保持怠速旋转的机构。全液压式转向机构系统一般由液压装置和机械装置两部分组成，液压部分有车速传感器、方向盘角速度传感器及控制单元等。机械装置有电动泵总成、齿轮齿条转向器、控制阀及油路等。控制系统在接收到汽车发动机工作信号并通过
自检以后，开始正常工作。全液压式转向机构
系统通过车速传感器和方向盘传感器将车速信
号和方向盘转速信号传递给控制系统，控制电
动泵转速以改变系统的流量，从而改变系统的
助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行
驶条件变化而改变，即在低速行驶或急转弯时
能以很小的转向手力进行操作，在高速行驶时
能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵性
和稳定性达到较好的平衡状态。
2.2 .全液压式转向机构的工作特性
当前有学者开发了一种能实现使转向壳绕
转向轴转动的液压作动装置的小型化、且结构
简单的液压式转向机构。在车辆大体为直行状
态的平面图中，安装有液压作动装置的可动部
件的第1液压作动装置安装部比安装有该液压
作动装置的固定部件的第2液压作动装置安装
部更加远离差动叉轴的轴线。液压传动更容易
实现其运动参数和动力参数的控制，由于具有
传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利
用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，
可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易
等突出优点。
3. 现代汽车的全液压式转向机构的助力特
性
根据全液压式转向机构系统转向时的特点，
利用车速信号和方向盘角速度信号来决定电机
的转速，带动液压泵以某一流量向转向阀供油，
转向阀根据输入液压油的流量和阀的开度决定
油缸工作腔液压油的压强，进而获得合理的转
向助力。为此在同一车速下，随着方向盘的角
速度不同，全液压式转向机构系统电机的转速
不相同。方向盘的角速度越大，电机的转速越
高，注入到油缸工作腔的高压油量越大，提供
的转向助力就越大；方向盘的速度越低，电机
的转速越低，注入到油缸工作腔的高压油量越
小，提供的转向助力就越小。而车速不同，电
动液压助力转向系统提供助力的比例系数不同。
低车速、原地转向时助力系数比高车速时助力
系数高，目的是保证驾驶员在低车速或原地转
向时操作轻便和在高速时有良好路感的条件下，
充分考虑电动液压助力转向系统节能。同一方
向盘角速度下，车速不同，电机的转速也会随
之做出调整。随着车速的升高，电机转速降低。
4.现代汽车的全液压式转向机构的实验分
析-稳态回转试验
操纵汽车以最低稳定速度沿所画半径为15m
的圆周行驶，待安装于汽车纵向对称面上的车
速传感器在半圈内都能对准地面所画圆周时，
固定转向盘不动，停车并开始记录，记下各变
量的零线。然后汽车起步，缓缓连续而均匀地
加速，直至汽车的侧向加速度达到6.5m/s为止，
记录整个过程。由图1可知，曲线的斜率从总
体来看是大于零的，由于实验的误差使效果不
明显。随着侧向加速度的增加，前后轮侧偏角
差值增加，转向半径增加，汽车具有不足转向
特性。
图1：前后轮侧偏角差值与侧向加速度的关系曲线
总之，当前全液压传动技术有了突飞猛进
的发展，其在应用中的输出助力的大小能够随
车速和方向盘角速度的变化而变化，从而保障
行车安全，仍然有一定的应用价值。
参考文献：
[1]许贤良．液压技术回顾和展望[J]．液
压气动与密封,2012,6.
[2]史进军，胡子正，孙华.双筒液压减
振器异响的计算机仿真研究[J]．北华大学学报
(自然科学版),2002,3(6):537-539.
[3]杨华勇，周华，路勇祥．水液压技术
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2012,11.
[4]路甬祥．对流体传动与控制技术的系统
哲学思考[J]．液压气动与密封，2005,5．
现代汽车的全液压式转向机构设计
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摘要：
控制汽车行驶方向的转向系统与汽车的操纵稳定性最为密切，而车的转向系是用来改变或保持汽车行驶方向的装置，由转向控制机构、转向传动装置、转向轮和专用机构组成。为了提高转向性能，当前现代汽车的全液压式转向机构应用比较多。本文首先概述了现代汽车转向机构的设计要求，分析了全液压式转向机构的结构与工作特性，验证了现代汽车的全液压式转向机构的助力特性，通过稳态回转试验探讨了现代汽车的全液压式转向机构的价值。
液压传动 汽车 转向机构 设计
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