伴随中国汽车产业持续高速发展，汽车电子的发展和对汽车安全、技术需求的提升使原标准的适应性出现了缺口。因此，2021年国家对GB17675进行了修订。鉴于转向系统失效模式的不确定性，在修订后的标准中增加助力失效时的转向操纵力试验要求，对N3类商用车主转向装置失效时，在转向时间≤6s、转向半径20m实验条件下，转向操纵力≤450N；有两个或多个转向轴的但不含半履带式装置刚性连接的车辆，转向操纵力≤500N。为满足法规要求，不同驱动形式商用车采用相应的设计方案，本文详细介绍应急转向系统的设计过程，重点阐述双转向桥的应对策略及结构原理。
1、4×2车型设计方案
前后桥均是单桥的4×2车型主转向装置失效时，转向操纵力满足法规要求，转向系统保持原设计状态。
1.14×2车型结构特点
对于4×2车型，由于整车满载总质量及单个轴上的载荷小，作用在轮胎上的转向阻力矩相对较小。
1.2转向操纵力测量
车辆加载到最大允许总质量下进行试验，转向操纵力满足法规要求，测量数值见表1。
2、6×4车型设计方案
转向桥是单桥、驱动桥是双后桥的6×4车型主转向装置失效时，转向操纵力不满足法规要求，需要调整拉杆系统及前桥衬套结构。
2.16×4车型结构特点及操纵力测量
6×4车型整车承载较大，在原转向系统布置结构的情况下进行试验，转向操纵力过大，测量数值见表2。
2.26×4车型改善方案及效果验证
从增大转向机提供的机械扭矩及减小前桥摩擦力矩的方向，对6×4车型进行优化设计，具体方案如下。①调整转向垂臂和上臂长度，保证传动比≤2.3，即上节臂/垂臂比值按≥1.15设计。②使用低摩擦前桥，主销结构由上下衬套改为上衬套下滚针，左右采用止推轴承，摩擦力矩按150(0，+30)N.m。③前悬架系统配合调整，将主销后倾角控制在≤3.5°数值上。车辆状态优化后，相同试验条件下对转向操纵力进行测量，数值见表3。对比测量结果可知，转向桥是单桥、驱动桥是双后桥的6×4车型，通过调整拉杆系统、前桥主销、前悬架结构等方案，可使车辆转向操纵力满足法规要求。
3、双转向桥车型设计方案
驱动型式是6×2和8×4的双转向桥车型，依靠机械方法无法将转向操纵力调整到法规值，需要增加辅助转向系统。3.1双转向桥车型转向操纵力测量双转向桥车型分配到两个转向桥的载荷更大，测量数值见表4
3.2双转向桥车型法规应对方案
根据双转向桥车型结构特点，采用电动应急泵作为动力源的双回路转向系统布置原理如图1所示。
3.2.1双回路转向系统工作原理
双回路转向系统是在原液压动力转向系统的基础上，添加了新的功能部件，为转向机增加一套备用供油装置。在车辆行驶过程中，一旦发动机停转或者主转向泵出现故障，系统自动切换到应急供油管路，由应急泵为转向机提供压力油，保证转向助力系统正常工作，可使车辆转向操纵力满足法规要求。
3.2.2双回路转向系统主要部件
应急阀总成是动力转向系统的重要部件，具有判断转向系统主、辅回路是否正常工作的能力，当主回路流量出现异常时，自动切换到辅助回路工作状态，可配装安全阀，具有保护系统的作用，其结构形式见图2。应急阀工作原理：应急阀内部接主转向泵、转向机、应急泵的油道通过单向阀相连，当主转向泵流量正常时，其流量产生的推力大于左腔弹簧推力，阀芯被推至左极限位置，此时主转向泵油液一部分经单向阀流入转向机接口，另一部分油液继续作用于滑阀内孔克服弹簧弹力，使滑阀始终处于左极限位置，应急泵内油液推动信号端的钢球后移，使钢球与传感器连杆分离，经回油口回油罐，此时传感器开关为断开状态。当主转向泵流量不够时，流量产生的推力小于左腔弹簧推力，阀芯被弹簧弹力推至右极限位置。滑阀运动过程中自动完成辅泵流量的换向，主转向泵和应急泵的液压油一起输出至转向机，信号端的钢球由于失去液压油推力，在弹簧的作用下向左移动，与传感器连杆接触，传感器与地导通，控制器I/O口根据该导通信号进行电动应急泵的提速，提升流量，满足应急转向。电动应急泵是辅助转向管路系统的动力能源，包括内置电机、机械泵及相关连接部件，电机的输入端与蓄电池输出端连接，电机的输出端通过柔性联轴器与机械泵连接；电动应急泵进油口与动转油罐连接，出油口接应急阀，结构形式见图3。根据车辆前轴载荷计算，满足应急转向法规应急回路对电动应急泵最低功率需求0.7kW，电机效率按0.85，电动应急泵功率需大于0.83kW，按现有产品系列，选用1kW应对。
3.3双回路转向系统控制逻辑
电动应急泵有四种工作状态：停机、待机、故障、运行(1500r/min、4500r/min)，通过控制器与CAN总线通讯，接收车速、发动机转速信号，综合判断工作状态，电动应急泵控制逻辑见图4。
3.4效果验证
双转向桥车型采用双回路转向系统后，按原试验状态重新试验，测量数值见表5。对比两次测量结果可以看出，驱动型式6×2和8×4的双转向桥车型，采用双回路转向系统可使车辆转向操纵力满足法规要求。
4、小结
本文从国家标准GB17675—2021《汽车转向系基本要求》的更新内容入手，主要介绍不同驱动形式商用车采用相应的应急转向系统设计方案，重点讲述双转向桥车型双回路转向系统的结构及控制原理，对商用车法规应对的具体操作有很大指导意义。
参考文献：
[1]陈家瑞，马天飞.汽车构造(第5版)[M]．北京：人民交通出版社，2006.
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[3]刘惟信.汽车设计[M]．北京：清华大学出版社，2001.
[4]李玉琴，邓飞，颜尧，等.汽车动力转向系统的匹配性能分析［J］.汽车工程，2009.2：180-183.
作者：张文胜 徐茂林 宁忠翼 赵喜 杨小见 单位：东风商用车有限公司技术中心
