新型阀特性控制式电液助力转向器

肖健勇，张鹏

(1. 江门市兴江转向器有限公司，广东江门529030; 2. 广州机械科学研究院有限公司，广东广州510700)

0 引言

随着社会经济的发展，车辆行驶高速化，人们对汽车转向操控的轻便性和高速行驶稳定性的要求越来越高。由于传统的液压助力转向器本身结构设计的局限，其转向手力特性曲线只能是唯一，使转向操控的轻便性和高速行驶的稳定性互为对立，即当提高了转向轻便性则稳定性会降低，反则亦然，因此，传统的液压助力转向器只能在两者之间取一平衡点，并不能满足人们越来越高的驾驶要求。

随着转向技术的发展，人们发明了电液助力转向器、电动助力转向器和在研发的线控助力转向器，前两者在国内外轿车上已经广泛使用。但在国内，虽然电动助力转向器在轿车上已慢慢开始使用，但是在中、大型的客车上，由于技术的限制，仍然在使用传统液压助力转向器。但客车在道路上行驶也进入了高速化，这样为迎合更高的驾驶要求，某单位经多年的努力研发了适用于中、大型客车的循环球式电液助力转向器。

1 研发进度

所研发的电液助力转向器为一种新型阀特性控制式电液助力转向器，目前已经针对各种前桥负荷开发了5 种不同输出扭矩的产品，均已通过了国家认可的台架、道路等试验，并已经进入产业化阶段。到10 月的跟踪统计，装车试验使用的电液助力转向器已在路面行驶了半年，里程约5 000 km，期间我司对车辆跟踪检测，并没有发现任何质量问题，目前该车仍在正常使用中。

2 理论依据［1］

根据薄壁小孔过流公式：

式中： Cd为流量系数;

A0为小孔面积;

ρ 为液体密度;

QE为流量。

由式(1) 可知：

根据圆截面扭杆弹簧扭矩计算公式：

式中： M 为扭杆两端作用力矩;

G 为扭杆剪切模量;

d 为扭杆本体直径;

l 为扭杆计算长度;

α 为扭杆两端相对转角。

由式(2) 和式(3)，由于主阀采用转阀结构，主阀上的高、低速节流口面积与α 的变化成比例关系，也就是说通过α与A0的关系可以得出p 与M 两者的关系式。

3 设计原理

如图1 所示，该结构原理为国外的一个新型电液助力转向器结构，与文中的研发设计原理相同。该结构主阀阀芯分为高速、低速节流孔，负责控制油路流量的走向实现转向，而旁通阀连接高速节流孔并受其控制。

下面来分析不同车速下的手力特性曲线的差异：

原地转向时：

旁通阀全关，高速节流孔不起作用，A0为低速节流孔面积，转向手力特性完全由低速节流孔控制，此时转向手力最小，如图2 所示为停车时特性曲线。

车速为中等速度或高速时：

旁通阀阀口有一定开度，当主阀阀芯转动时，转向器低速节流孔和高速节流孔慢慢关闭，当高速节流孔过流面积大于旁通阀阀口开度时，A0为低速节流孔面积和旁通阀阀口开度面积之和，而旁通阀阀口开度只受车速影响，在车速一定的情况下，其开度不变，所以手力特性曲线的变化此时只受低速节流孔面积变化影响; 当高速节流孔随着主阀阀芯的转动不断变小，直到高速节流孔过流面积比旁通阀阀口小时，A0为低速、高速节流孔面积之和，手力特性曲线的变化受低速节流孔和高速节流孔的总开度影响，随着主阀阀芯的进一步旋转，两者的节流孔过流面积慢慢减少，转向压力不断升高最后达到最大工作压力。

在上述过程中，我们可以了解到，主阀阀芯开始转向阶段过流面积为低速节流孔和旁通阀阀口总过流面积，由于增加了旁通阀阀口的过流面积，所以在同样的扭转角度下，相对于原地转向时，发生压力的变化会稍微慢，由图2 可以清楚地看到中速时特性曲线比停车时特性曲线变化缓慢，而高速时特性曲线又比中速时变化更缓慢，这都是随着车速增加，旁通阀阀口开度逐渐增大所造成的手力特性曲线变化的效果。实际车辆行驶过程中的转向一般所需转向扭矩比原地转向时低得多，而转向扭矩的大小取决于液压压力，也就是说车辆行驶过程中转向性能取决于手力特性曲线的低压力区域，所以，通过减缓此区域手力特性曲线的变化速度，可增强转向稳定性的目的。

同时，由于旁通阀阀口是连接高速阀阀口，受高速阀阀口的影响，所以，随着主阀的转动，高速阀阀口的关闭，最终使油压达到最高。对于一些流量控制式的电控液压助力转向器，其只有低速阀口，没有高速阀口，虽然同样能达到增强转向轻便性和高速转向稳定性的目的，但是由于旁通阀的开度不受主阀控制，也就是说，当旁通阀打开后，即使主阀已经关闭，液压油也会从旁通阀回流到油罐上，这种设计会造成车辆行驶后油压不能达到最高压力。在正常行驶的车况下，这一设计和文中设计的电液助力转向器不会有多大区别，但是在紧急转向的情况下，由于其不能达到最高压力，同时旁通阀把液压油分流到油罐上，对于急速转向时转向器的反应速度也会造成影响。从安全性方面文中设计的这一结构已经充分考虑对安全方面的影响。

4 结语

该新型阀特性控制式电液助力转向器既能达到原地转向的轻便性，又能达到高速转向的稳定性，同时相对于其他流量式控制的电液转向器，安全性方面更高。

图3 是我司其中一款新型阀特性控制式电液助力转向器在不同车速下手力特性曲线的合成图。

【1】郭晓林，季学武，陈奎元.电控液压助力轴向系统助力特性研究与分析方法［C］.第五届全国液体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集，2008.