大中型客车液压助力转向系统设计匹配的探讨

2015-07-19张尚奇北汽福田汽车股份有限公司南海汽车厂广东佛山528244

中国新技术新产品 2015年5期

张尚奇（北汽福田汽车股份有限公司南海汽车厂，广东佛山 528244）

张尚奇
（北汽福田汽车股份有限公司南海汽车厂，广东佛山 528244）

液压助力转向系统HPS是通过发动机带动转向油泵进行工作的，其优点在于提高了转向的轻便性、减少了驾驶疲劳；减少了道路不平对转向盘造成的冲击；使汽车行驶的安全性得到提高；能够允许转向车轮承受教导的负荷。但是液压助力转向系统也还存在一定的缺陷，当参数设计完成后就无法进行再次调控；燃油的消耗较高，并存在渗油的问题；液压助力转向系统对工作的温度有一定的要求，同时还需要实现汽车运动时驾驶员转动转向盘转角与轮转角保持一定的比例关系。

一、液压助力转向系统的工作原理

液压式助力转向系统由转向油泵、转向油罐、转向管路以及动力转向器等构成，发动机驱动油泵会在方向盘转动时将转向油罐提供的低压油变为高压油，并由转向管路进入动力转向器，进而推动活塞转化为旋转动力实现液压转向助力。图1为液压助力转向系统。

（一）大中型客车的转向器

大中型客车的转向器通常选用循环球动力转向器，该类型转向器由于具有限压阀，因此在系统压力超过转向器的设定值时能够进行泄荷。主要设定的参数包括传动比、最大输出扭矩、流量、最大压力、方向盘转动圈数以及专项垂臂行程等，其最大输出扭矩为油泵进出油管以及接头组成，管材通常采用钢管、橡胶软管制成，均需要满足液压系统压力以及流量的要求。

二、大中型客车液压助力转向系统设计匹配

（一）压力匹配

压力与转向器的输出扭矩具有直接的关系，根据输出扭矩表达式M=P×S0×RF（P油泵最大工作压MPa；M输出扭矩N· m；S0油缸工作面积m2；RF为扇形齿分度圆半径m）。当油缸直径与螺杆的参数一定时，输出扭矩与油泵最大工作压呈正比，为转向器设定最大压力，则最大压力下输出扭矩为T=Mmax。该最大压力值是厂家综合油缸直径、寿命，以及泄露压力等因素进行设定的，所以需要根据最大压力值进行转向油泵的选择。当转向器具有限压阀时，转向油泵压力比转向器最大压力稍高；当动力转向器无限压阀时，转向油泵压力可与转向器最大压力一致。通过这种压力匹配设计，能够保证转向器的泄压，提高液压助力系统效率，延长使用。如福田牌BJ676CMFB车型城市客车的压力设计，首先计算出最大输出扭矩M=1500N·m；然后根据转向器提供的参数：

S0=3.14×0.07×0.07/4=0.0038m2

RF=0.04m；

则P=1500/0.0038×0.04=9.8MPa。由于该转向器无限压阀，因此压力选择略大于9.7MPa，选择压力为10MPa~11MPa。其推荐的转向器为13MPa，偏大。

（二）流量匹配

转向油泵为液压助力系统提供油液的流量，转向油泵的流量属于客车液压系统的重要参数之一，直接影响着转向系统的反应速度、轻便性、回正能量以及损耗、使用寿命。转向油泵流量应满足转向器对油泵流量的要求，提供活塞移动所产生空间的流量需要，其最小流量计算表达式为Qmin=nAt+△Q（Qmin为最小流量；t为转向器螺杆螺距；△Q为最大内泄流量；A为转向器活塞缸面积）。大型客车方向盘直径通常为500mm，因此n可取值100r/min，当活塞缸径为120mm，螺距为12mm，内泄量为1L/min时，最小流量则为14.5L/min。通常动力转向器的厂家都

摘要：液压助力转向系统不断发展与应用，使人们对动力转换系统的要求也越来越高。本文首先介绍了大中型客车液压助力转向系统的工作原理，并就该系统的压力匹配、流量匹配以及转向器力传动比、角传动比关系进行了分析，旨在为实现液压助力转向系统的最优设计提供参考。

关键词：液压助力转向系统；设计；匹配

（三）转向器力传动比、角传动比关系（Mr为混凝土、沥青路面原地转向阻力矩N·mm；f为轮胎与地面摩察系数0.7；GI为转向轴负荷N；P为轮胎气压MPa）。转向器的最大输出扭矩则一般为T=1.25Mr，从而保证转向器的较好效率与液压系统的良好工作。如某大型客车转向器参数为：方向盘圈数±2.4；转向垂臂行程±47°；速比为20∶1，17∶1，20∶1；最大压力输出扭矩±5829 和4954N·m；最大工作压13MPa；流量16dm3/min。在进行转向器的选择时首先要使最大输出扭矩满足整车要求，并综合考虑转向系统的布局与悬架。

（二）转向油泵与转向管路

液压助力转向系统的转向油泵具有多种类型，包括叶片型、齿轮型、柱塞型，其中叶片型转向油泵具有较多的优点，因此目前的大中型客车多采用叶片型转向油泵。转向管路由高压管、低压管、

其中，ip为力传动比；iw为角传动比；Mr为输出扭矩N·m；Mva为方向盘力矩N·m；Dsw为方向盘直径mm；a为主销偏移距。根据GB17675-1999的规定，当转向器具有助力转向，但是助力失效时，方向盘受力应≤588N，因此根据公式，可通过增大方向盘的直径来减小方向盘的上手里。为了实现地碳节能，可根据GB17675-1999、GB7258-2012的规定来匹配动力转向泵。