刘思璐　李孟渚　周坤

【摘 要】为解决传统小型车辆在狭窄区域掉头不方便以及如何提高小型工程车作业效率的问题，提出一种液压驱动式底盘旋转转向装置。该旋转式转向系统由液压供油系统、旋转转盘、伸缩液压缸、底部托盘组成，并采用液压泵/马达独立驱动回转装置及压力补偿系统，来实现小型车辆在狭窄区域的360° 全方位旋转。旋转系统的圆形托盘较好的弥补了汽车重心不稳时易倾倒的不足，通过地面施加给托盘的反抗力矩能较好的平衡汽车在旋转转向时的“倾斜力矩”。所建立的分析模型对于小型车辆的转向研究具有重要的参考价值。

【关键词】小型车辆；旋转转向；液压驱动；压力补偿

0 前言

在社会高速发展的今天，小型车辆发展尤为迅速，如私家车、叉车、工程车等。小型车辆的迅速发展极大的方便了我们的生活，但也渐渐突显出了一个很现实的问题：传统小型车辆在狭窄区域内掉头很不方便，而且还很容易与其它物品发生碰擦事故，造成不必要的损失。同时随着社会物流业及建筑业的快速发展，社会对于像叉车和工程车一类的小型车辆的需求量越来越大。尤其在港口、车站、机场、超市及工地等地方，小型车辆的应用极其广泛。然而对于这一类小型车辆，因其在短距离内往返次数较多，因此研究如何提高其作业效率问题实有必要。

就目前的叉车及小型工程车而言，虽然大多数都已依靠后轮的偏转来实现转弯，提高了其在短距离内的作业效率。但其在转向过程中依然需要较大的空间来实现掉头或转弯，在一些较为狭窄的区域内只能依靠人工处理一些实际的工程问题，因此该类工程车的应用场所受到了极大的限制。为解决传统小型车辆转向难、转向空间大的问题，笔者在前期研究的基础上，提出一种液压驱动式底盘旋转转向装置。该旋转式转向系统由液压供油系统、旋转转盘、伸缩液压缸、底部托盘组成，并采用液压泵/马达独立驱动回转装置及压力补偿系统，来实现小型车辆在狭窄区域的360°全方位旋转。该转向装置的应用，将极大的提高小型车辆的作业效率，促进物流业及建筑行业的快速发展。

1 旋转式转向系统设计

传统转向方式是采用方向盘来控制车轮的偏转从而实现转向，这不仅需要较大的转向空间，而且在狭窄区域需要操作人员具有较高的驾驶技巧，同时其转弯效率也较低且极易发生碰擦事故。对于工程车而言，其短距离内多次反复转向对车辆的磨损也较大，而且能耗也较高，这不符合当前社会低碳环保的理念。为解决小型车辆在狭窄区域转向难的问题，提高小型工程车在短距离内的转向效率，设计出如图1所示的旋转式转向系统。

（a）旋转式转向系统 （b）模型车轴测图

图1 旋转式转向系统模型车

该旋转式转向系统由液压供油系统、旋转转盘、伸缩液压缸、底部托盘组成。汽车底盘下部是托盘式旋转转向系统，托盘上面为伸缩液压缸，和液压缸连接的是旋转转盘。当车辆启用旋转转向系统时，由液压系统给其底盘下部的液压缸供油，从而使托盘下降，当液压系统的供油压力足以支撑汽车重量时，托盘将支撑汽车使其处于悬空状态，这时再由旋转转向系统将汽车方向偏转至任意方位。

如图1（a）所示，假设汽车悬空时车头所受的不平衡集中力为，该集中力离伸缩液压缸中心的距离为L1，这时汽车由于重心前移，其会产生向车头方向翻转的趋势，进而使得地面给予底部托盘左侧方的支撑力。设地面给予底部托盘左侧支撑力的合力为，且该集中力离伸缩液压缸中心的距离为，则根据力矩平衡准则，推导出汽车不倾倒时应满足：

∑F■？鄢L■=∑F■？鄢L■（1）

2 360°旋转式转向系统的工作原理

为较好满足汽车能通过底部托盘的支撑，实现汽车在任意方位的转向，该旋转式转向系统采用液压泵——马达独立驱动回转装置，其回转控制流程图如图2所示。其中，回转液压系统由主泵→泵合流/分流阀→主控制阀→回转马达→油箱组成。同时，回转机构具有马达驱动动能、惯性制动功能、停车制动功能、左右旋转功能等。回转液压马达组件由液压马达、停车制动器和制动阀组件构成，其依靠来自减压阀的先导压力油控制回转制动阀，实现是否回转制动。通过高速液压马达驱动回转机构，小型车辆可完成在任意位置360°的回转，并且能够在任意位置停止。

图2 回转控制流程图

旋转转向系统的升降式旋转台工作机理如图3所示，其基本组成为：车速感应器→液压泵→升降式旋转台→水平度检测系统→旋转台压力补偿装置。该装置通过车速感应器感应车速是否为零，若为零则连通由主液压泵到升降式旋转台的油路，驱动安装在旋转台上的液压缸，使底部托盘下降；若车速不为零，则无法连通主液压泵到升降式旋转台的油路，升降式旋转台无法启用。当旋转台触碰到地面后，由陀螺仪感应此时底部托盘的水平度是否在误差允许范围内，若底部水平度超过系统水平误差极限，则启用旋转台底部的压力补偿系统，由其来调节底部托盘的水平度，使其水平误差极限在系统要求范围内。

当汽车需要启用旋转转向系统时，发动机驱动前泵，将液压油经过减压阀→泵合流阀→主控制阀，供给到汽车底盘下部的液压缸，驱动底部托盘下降，逐渐支撑起汽车；当汽车处于悬空状态时，由汽车驾驶室内操作面板上的功能按钮控制主控制阀，从而实现汽车的360°的旋转转向；转向刹车时，显示器上的回转操纵信号提示驾驶员按下刹车按钮，激活回转锁紧装置，启动回转制动电磁阀，使回转制动器执行回转刹车命令，实现回转转向的精准定位。当汽车旋转转向至目标方向时，由发动机驱动后泵，实现底盘下部的液压杆回缩，使整个回转转向系统处于预备状态。

3 结论

1）针对传统小型车辆转向难、效率低的现状，本文提出一种底盘式液压驱动的360°旋转式转向系统，该系统对于提高小型工程车的作业效率具有较大的促进作用；

2）该转向系统的回转控制设计，能使目标车辆旋转转向时，精准定位。同时底盘下部的压力补偿系统较好的弥补了地面水平度误差较大时，车辆不能启用旋转转向系统的不足；

3）汽车底盘下部的圆形托盘较好的弥补了汽车重心不稳时易倾倒的不足，通过地面施加给托盘的反抗力矩能较好的平衡汽车在旋转转向时的“倾斜力矩”。

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