徐江

（中国重型汽车集团有限公司汽车研究总院，山东 济南 250102）

0 引言

随着重型汽车在转弯半径及承载要求上的不断提升，近几年来应用后桥主动转向的车型越来越多[1]，与此同时底盘主动安全技术也越来越受到重视，而多轴转向系统是主动底盘安全技术的重要组成部分[2]。传统转向杆系传动机构杆系复杂，难以继续满足多轴转向的要求，特别是车辆车体长，受道路条件制约大[3]，转向性能尤其是转弯半径受到了严重制约，因而主动后桥转向系统的应用迫在眉睫[4]。目前来看主动转向主要分为液压主动转向系统和电控液主动转向系统。

本文从后桥主动转向的结构、原理、控制逻辑方面对液压主动转向系统和电控液主动转向系统进行分析，并以实例介绍电控液主动转向系统的设计开发，为后桥主动转向系统车型的开发提供参考。

1 液压主动转向系统

1.1 结构

液压主动转向系统结构原理见图1，主要包括转向器、控制缸、对中缸、液压管路、储能器。

1.2 原理

当车辆处于直行位置时，控制缸2和对中缸3都处于中位，此时B1、B2腔通过单向阀与A2、A3腔相连，同时A2腔通过液压管路与B3腔相连，A3腔通过液压管路与B4腔相连，此时整个后桥液压回路中的压力即储能器中的压力。对中缸3中B1、B2腔都设计有浮动活塞，车辆直行时靠储能器中压力将B1、B2腔中的浮动活塞压紧，使对中缸处于中位，即后桥车轮处于直行状态。

当向右转向时，转向器高压油注入控制缸A1腔，A1腔体积增大，使控制缸活塞后移，进而推动一桥节臂后移，实现一桥右转，此时A2腔体积减小，将液压油推入B3腔，B3腔体积增大，B4腔体积减小，其中的液压油通过液压管路进入A3腔，对中缸活塞杆外伸，实现车轮左转。如系统中建立的油压过高，会通过控制缸内置的压力安全阀进行泄压。

1.3 技术难点

由于该系统管路及管接头很多，液压油的渗漏很难避免，很容易造成一桥与后桥转向不协调的情况，造成轮胎的异常磨损。因此在控制缸活塞杆处设置通油切口，在一桥±5度以内转角时A2、A3腔相通，后桥处于直行状态，这样每进行一次转向操作，在一桥将要回正时，后桥在储能器的压力作用下提前回正[5]，进行一次矫正，从而避免一桥已经回正，后桥车轮还偏斜的情况。此外储能器还使液压回路内部存在一定的压力，消除管路的膨胀所带来的后轮转向滞后，也就相当于保证系统具有合理的刚度。

液压主动转向系统售后维护比较繁琐，由于后桥转向液压回路为封闭回路且需要储能器保压，因此需要定期使用专用压油设备和油压表进行压力测试并补油，且补油的同时还需进行排气操作。

2 电控液主动转向系统

2.1 结构

电控液主动转向系统结构原理见图2，主要包括转向器、电控单元、电控助力缸等。其中电控单元集成了ECU、油泵、油罐。

2.2 原理

动力单元接收到安装在转向管柱上转向角度传感器的信号，油泵工作输出高压油到电控助力缸，通过电控助力缸上的位置传感器精确控制电控助力缸的伸缩量，从而实现一桥与五桥转角的精确匹配。

为实现一桥与后桥转角的精确匹配，需向系统输入方向盘转角与一桥转角、一桥转角与后桥转角、后桥转角与助力缸伸缩量的逻辑曲线关系，每条曲线由15个点连接而成，如图3、图4、图5。

电控液主动转向系统还可以定义一些功能参数，如车速超过一定数值后，为避免高速转向带来的危险，使后桥无转向并对中，如后桥为提升桥，可设置提升后车轮不转向等。

2.3 技术难点

电控液主动转向系统需要整车CAN提供所需的各种报文，其中前桥转角报文和车速报文是重要报文，报文信号传输的稳定性关系到后桥的转向情况，因此CAN线负载、报文控制器的安全等级显得至关重要。为安全起见，需要两个转角信号及两个车速信号，两不同源信号进行校验，一旦校验失败，则采取措施使后桥强行对中，保证安全[6]。

电控液主动转向系统需要复杂的功能安全释放，包括常规释放试验和故障注入试验，释放周期长。

3 电控后桥五桥车设计

以某后桥转向五桥车设计为例，该车型1、2、5桥为转向桥，3、4桥为驱动桥，该系统运用电控液后桥转向系统。

3.1 五桥转角理论计算

该车型轴距为1950+3200+1400+1400，轴距分布及转角示意图如图6，根据阿克曼公式计算1、2、5桥理论转角如表1。根据计算数据及三维数模进行方向盘转角与一桥转角、一桥转角与后桥转角、后桥转角与助力缸伸缩量的逻辑曲线关系编制。

表1 1、2、5桥阿克曼转角关系计算

阿克曼转角公式：

tanθ1/ tanθ2=L1/L2

tanθ1/ tanθ5=L1/L3

3.2 系统所需报文

（1）制动信号报文由发动机发出。

（2）前桥车速报文由EBS发出；为电控后桥提供车速信息，为重要报文，车速超过设定值后，五桥不转向。

（3）发动机转速报文由发动机发出，该报文作用为激活后桥转向系统。

（4）EBS转角信号报文由转向角度传感器发出，为电控转向系统提供转角信号，为重要报文。

（5）方向盘处转角信号报文由转向角度传感器发出，为电控转向系统提供转角信号，为重要报文。

（6）车速信号报文由仪表发出，为电控转向系统提供车速信息，为重要报文。

（7）里程信息报文，由仪表发出，为电控转向系统提供里程信息，为诊断报文。

（8）时间报文，由仪表发出，为电控转向系统提供时间信息，为诊断报文。

（9）车架报文，为电控转向系统提供车辆信息，为诊断报文。

3.3 转角检验

通过测量5桥理论转角与实际转角的对比曲线，分析5桥转角的正确性，如图7，理论值与实际值曲线重合度较好，说明5桥按设定的转角曲线进行转向。

3.4 潜在故障模式

（1）五桥不转向，主要原因为所需报文缺失、报文质量差、CAN通讯负载率高等因素，出现该故障需要截取报文进行分析，对引起故障的报文进行针对性提升整改。另外，电源、线束的故障同样可引起五桥不转向，需对电源及线束进行排查。如报文、电源、线束都不存在问题，则考虑主动转向系统硬件故障。

（2）五桥跟随性差，该故障的主要原因为液压传动油中的空气未排出或五桥油罐中的油液油位不足，该故障需要排空气操作并及时补油。

（3）五桥转向出现抖动，该故障的主要原因为角度传感器标定错误或漏标。

4 总结

液压主动转向系统结构及布置复杂，液压管路及管接头众多，液压油存在渗漏泄压的风险，且售后维护繁琐，但系统释放简单。电控液主动转向系统结构及布置简单，功能多，后桥转角精确，但是控制逻辑和系统释放较复杂，对报文稳定性要求高，售后维修较困难。

目前国内外重型汽车正在向电控化方向发展，电控液主动转向系统是未来后桥主动转向的发展趋势。