新型閥特性控制式電液助力轉向器

肖健勇，張鵬

(1. 江門市興江轉向器有限公司，廣東江門529030; 2. 廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州510700)

0 引言

隨著社會經濟的發展，車輛行駛高速化，人們對汽車轉向操控的輕便性和高速行駛穩定性的要求越來越高。由于傳統的液壓助力轉向器本身結構設計的局限，其轉向手力特性曲線只能是唯一，使轉向操控的輕便性和高速行駛的穩定性互為對立，即當提高了轉向輕便性則穩定性會降低，反則亦然，因此，傳統的液壓助力轉向器只能在兩者之間取一平衡點，并不能滿足人們越來越高的駕駛要求。

隨著轉向技術的發展，人們發明了電液助力轉向器、電動助力轉向器和在研發的線控助力轉向器，前兩者在國內外轎車上已經廣泛使用。但在國內，雖然電動助力轉向器在轎車上已慢慢開始使用，但是在中、大型的客車上，由于技術的限制，仍然在使用傳統液壓助力轉向器。但客車在道路上行駛也進入了高速化，這樣為迎合更高的駕駛要求，某單位經多年的努力研發了適用于中、大型客車的循環球式電液助力轉向器。

1 研發進度

所研發的電液助力轉向器為一種新型閥特性控制式電液助力轉向器，目前已經針對各種前橋負荷開發了5 種不同輸出扭矩的產品，均已通過了國家認可的臺架、道路等試驗，并已經進入產業化階段。到10 月的跟蹤統計，裝車試驗使用的電液助力轉向器已在路面行駛了半年，里程約5 000 km，期間我司對車輛跟蹤檢測，并沒有發現任何質量問題，目前該車仍在正常使用中。

2 理論依據［1］

根據薄壁小孔過流公式：

式中： Cd為流量系數;

A0為小孔面積;

ρ 為液體密度;

QE為流量。

由式(1) 可知：

根據圓截面扭桿彈簧扭矩計算公式：

式中： M 為扭桿兩端作用力矩;

G 為扭桿剪切模量;

d 為扭桿本體直徑;

l 為扭桿計算長度;

α 為扭桿兩端相對轉角。

由式(2) 和式(3)，由于主閥采用轉閥結構，主閥上的高、低速節流口面積與α 的變化成比例關系，也就是說通過α與A0的關系可以得出p 與M 兩者的關系式。

3 設計原理

如圖1 所示，該結構原理為國外的一個新型電液助力轉向器結構，與文中的研發設計原理相同。該結構主閥閥芯分為高速、低速節流孔，負責控制油路流量的走向實現轉向，而旁通閥連接高速節流孔并受其控制。

下面來分析不同車速下的手力特性曲線的差異：

原地轉向時：

旁通閥全關，高速節流孔不起作用，A0為低速節流孔面積，轉向手力特性完全由低速節流孔控制，此時轉向手力最小，如圖2 所示為停車時特性曲線。

車速為中等速度或高速時：

旁通閥閥口有一定開度，當主閥閥芯轉動時，轉向器低速節流孔和高速節流孔慢慢關閉，當高速節流孔過流面積大于旁通閥閥口開度時，A0為低速節流孔面積和旁通閥閥口開度面積之和，而旁通閥閥口開度只受車速影響，在車速一定的情況下，其開度不變，所以手力特性曲線的變化此時只受低速節流孔面積變化影響; 當高速節流孔隨著主閥閥芯的轉動不斷變小，直到高速節流孔過流面積比旁通閥閥口小時，A0為低速、高速節流孔面積之和，手力特性曲線的變化受低速節流孔和高速節流孔的總開度影響，隨著主閥閥芯的進一步旋轉，兩者的節流孔過流面積慢慢減少，轉向壓力不斷升高最后達到最大工作壓力。

在上述過程中，我們可以了解到，主閥閥芯開始轉向階段過流面積為低速節流孔和旁通閥閥口總過流面積，由于增加了旁通閥閥口的過流面積，所以在同樣的扭轉角度下，相對于原地轉向時，發生壓力的變化會稍微慢，由圖2 可以清楚地看到中速時特性曲線比停車時特性曲線變化緩慢，而高速時特性曲線又比中速時變化更緩慢，這都是隨著車速增加，旁通閥閥口開度逐漸增大所造成的手力特性曲線變化的效果。實際車輛行駛過程中的轉向一般所需轉向扭矩比原地轉向時低得多，而轉向扭矩的大小取決于液壓壓力，也就是說車輛行駛過程中轉向性能取決于手力特性曲線的低壓力區域，所以，通過減緩此區域手力特性曲線的變化速度，可增強轉向穩定性的目的。

同時，由于旁通閥閥口是連接高速閥閥口，受高速閥閥口的影響，所以，隨著主閥的轉動，高速閥閥口的關閉，最終使油壓達到最高。對于一些流量控制式的電控液壓助力轉向器，其只有低速閥口，沒有高速閥口，雖然同樣能達到增強轉向輕便性和高速轉向穩定性的目的，但是由于旁通閥的開度不受主閥控制，也就是說，當旁通閥打開后，即使主閥已經關閉，液壓油也會從旁通閥回流到油罐上，這種設計會造成車輛行駛后油壓不能達到最高壓力。在正常行駛的車況下，這一設計和文中設計的電液助力轉向器不會有多大區別，但是在緊急轉向的情況下，由于其不能達到最高壓力，同時旁通閥把液壓油分流到油罐上，對于急速轉向時轉向器的反應速度也會造成影響。從安全性方面文中設計的這一結構已經充分考慮對安全方面的影響。

4 結語

該新型閥特性控制式電液助力轉向器既能達到原地轉向的輕便性，又能達到高速轉向的穩定性，同時相對于其他流量式控制的電液轉向器，安全性方面更高。

圖3 是我司其中一款新型閥特性控制式電液助力轉向器在不同車速下手力特性曲線的合成圖。

【1】郭曉林，季學武，陳奎元.電控液壓助力軸向系統助力特性研究與分析方法［C］.第五屆全國液體傳動與控制學術會議暨2008年中國航空學會液壓與氣動學術會議論文集，2008.