现代汽车的全液压式转向机构设计

 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。
    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。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。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。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。
    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。所以在高速时要适当减低动力，但这种变化必须平顺过度。
    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。
    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。
    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。

    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。