某氢燃料车型液压助力转向系统匹配设计

魏成　裴希华

摘 要：随着液压助力转向系统的不断应用与发展，人们对转向系统的要求越来越高。文章结合某氢燃料车型液压助力转向系统的设计，就该系统中的转向器和电动转向泵压力和流量进行匹配设计，对转向器垂臂摆角、转向油管的内径和油罐的容积、转向直拉杆的间隙和强度等进行设计和校核，确保了转向系统的安全性和合理性。

关键词：转向系统;校核;匹配设计

中图分类号：U463.4  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）03-11-04

前言

氢燃料汽车是以氢为主要能量，国内现阶段已经形成一定的产业集群。随着在氢燃料电池电堆及其关键材料领域已初步形成产业链，国内各产业链企业也在不断突破和技术创新。本文以此为依托，对该车型转向系统设计和校核进行详细阐述，旨在为后续的车型开发提供必要的参考和依据。

1 动力转向器的选用

该车型主要技术参数如表1。

1.2 转向器垂臂摆角校核

确定转向器的安装位置和前桥的状态后，转向器和转向节臂的相对位置可以确定，拉杆的长度即可确定。汽车方向盘打至左右极限時，需保证前轴上的限位螺栓先起限位作用，这样保护了转向器，确保了行程的安全性。作图步骤是先画出前轮的最大内、外转角，将前轴内、外转角的运动量再通过转向直拉杆影射成转向器垂臂的摆角，检验垂臂摆角是否在设计的摆角范围内。若在，说明设计合理;若不在，则说明摆角运动干涉，即方向盘在极限位置时是转向器垂臂在限位，存在安全隐患。如下是该车型转向器垂臂摆角校核图，图中垂臂长度194.5mm，车轮内转角37°，外转角27.7°，转向节臂中心到主销中心距离200mm，转向直拉杆长度857mm已确定。

如上图，在车轮极限转角为37°和27.7°时，转向器垂臂摆角分别是39°和28°，在转向器输出摆角±（42°±1°）范围内，满足要求。

此时，方向盘总圈数n需重新计算确定。

2 转向油泵的选用

车型选用电动转向泵，采用泵体和控制器一体式。油泵采用永磁同步电机，具有能耗低、重量轻、体积小等特点。控制器采用高性能的电流矢量控制技术，即变频调速控制，低速高转矩输出，具有良好的动态特性、超强的过载能力。

5 转向直拉杆设计

5.1 直拉杆外形设计

车辆右转向时，左前轮胎会靠近直拉杆，在底盘布置过程中二者间的避让空间需在直拉杆的弯形上进行考虑，初步设计结果如下图：

5.2 直拉杆间隙校核

转向直拉杆应不与周边部件（轮胎和悬架）产生干涉，通常要求转向直拉杆与周边部件的距离≥20mm。由于转向直拉杆属于运动部件，因此有必要对其周边部件的运动间隙进行校核。校核主要看轮胎最大外转角和最大内转角两个极限位置时，转向直拉杆与周边部件的间隙。运用二维图进行校核，校核结果如下图所示：

由上述二维图可知，当转向轮向内转至最大转角27.7°时，直拉杆与轮胎间隙最小，间隙值为27.1mm。车轮处于直线位置时，直拉杆与板簧间隙最小，间隙值为71.4mm。两个间隙值均>20mm，所以直拉杆弯形设计满足要求。

5.3 转向直拉杆强度校核

直拉杆工作时主要是产生拉压变形，故只校核其拉压应力。汽车原地转向时，作用在直拉杆上的力为F，产生的拉压应力为σ。转向拉压力的确定从两个方面考虑：动力转向器在直拉杆上产生的拉压力和转向阻力矩在直拉杆上产生的拉压力。下图为直拉杆受力分析的简图：

图中，A为垂臂初始位置，A1为垂臂左极限位置，A2为垂臂右极限位置，B为转向节臂初始位置，B1为转向节臂左极限位置，B2为转向节臂右极限位置，α为垂臂初始位置时与拉杆的夹角，α1为垂臂左极限位置时与拉杆的夹角，α2为垂臂右极限位置时与拉杆的夹角，F0为传递到直拉杆上的力，F1为转向器输出到垂臂运动轨迹切线方向的力，F2为垂臂方向的分力。

A1处：F0=F1/sinα1

A处：F0=F1/sin（π-α）=F1/sinα

A2处：F0=F1/sin（π-α2）=F1/sinα2

当垂臂与拉杆的夹角为90°时，F0最大。在对直拉杆进行力学校核、分析时，按最大受力状态进行分析。

下表是直拉杆拉压力计算的已知参数：

6 结束语

本文介绍了某氢燃料车型液压助力转向系统的匹配设计，根据车型相关的主要技术参数选择相应的转向器，通过对电动转向泵的流量和压力、转向油管的内径和油罐的容积、转向直拉杆的间隙和强度等的校核计算，使转向系统匹配合理，部件满足强度和操控要求。对后续类似的液压助力转向系统的设计有一定的参考价值。

参考文献

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