13.7米客车几种随动桥转向结构初探

13.7米客车几种随动桥转向结构初探

钱晓东，孙荣军，沈国华

2006/12/18

随着中国汽车新标准的制定，客车总长限制进一步放宽，最长可达到13.7 m，因此，载荷也相应增加，在这种情况下，双轴客车已很难满足要求，需要采用三轴客车(6× 2)。作为客车第三轴的随动桥，不同于驱动桥，在客车作非直线行驶时，由于三个桥的运动不协调而产生随动桥轮胎的非正常磨损，不仅大大降低了轮胎的使用寿命，还对汽车行驶性能产生很大的影响。

随动桥轮胎的非正常磨损从动力学分析主要原因是：由于路面的侧向倾斜、侧向风或曲线行驶时离心力等，产生地面对车轮中心沿Y 方向的侧向反作用力，当轮胎所受侧向反作用力达到车轮与地面之间的附着极限时，车轮发生侧向滑动，造成了轮胎的非正常磨损。

为了得到较好的结构参数，克服随动桥的非正常磨损，可参考二轴客车的理想转角形式，以此讨论三轴客车理想的转角关系，如图1所示。

从图1中可以得到随动桥的转角公式：

这里β是前轮转角。为了得到理想随动桥转角，使其轮胎运动形式由滑动变为滚动，须采用随动转向桥。

目前，国内只有少数客车厂家能开发13.7 m客车，而且大多还处于研制、完善及性能测试等验证阶段，选型的随动桥一般不能转向。而欧洲13.7 m三轴客车早就采用随动转向桥，较好地解决了由于随动桥不转向而产生的问题。笔者根据欧洲某知名设计公司设计经验，对随动桥转向的几种结构作初步探讨。

1 随动桥主动转向(Active steering)

这种结构国外已有成熟产品，如德国ZF 、Neoplan ，瑞典Volvo 随动桥的转向系统。这种结构主要有液控和电控两种控制方式。虽然电控传输准确性、敏捷性好，但由于可靠性不好，目前欧洲豪华客车、货车大多采用可靠性好的液压控制方式。

下面就随动桥液控主动转向系统的组成、工作过程及特点作简要介绍。

随动桥主动转向系统由前主转向液压缸、后副转向液压缸、储油器、油管及压力开关等组成，见图2。

主转向液压缸一端固定在底盘上，另一端固定在动力转向器花键轴驱动的摇板上；副转向液压缸一端固定在随动桥工字梁上，另一端固定在转向梯形臂上，主、副转向液压缸均为双向活塞式油缸。储油器调整油路系统压力并永久作用在副转向液压缸上。压力开关监视油路系统压力，并与一信号灯相连接，主、副转向液压缸之间用三根软管连接。

其工作过程为：当驾驶员转动方向盘，固定在底盘上的动力转向器用花键轴驱动摇板，摇板绕花键轴旋转后推动主转向液压缸挺杆，改变油压，然后通过三根油管改变副转向液压缸油压，副转向液压缸挺杆推动梯形臂，实现随动桥转向。

当客车直线行驶或转向角小于5°时，主转向液压缸内前后油缸相通，油压保持不变。同时，储油器对副转向液压缸内前后油缸增压，确保随动桥直线行驶。

前左右转向轮之间及随动桥左右轮之间偏转关系由各自的转向梯形机构设计保证，前转向轮与随动桥转向轮之间的偏转关系由主转向液压缸和副转向液压缸的有效缸径及有效力臂大小来保证，尽量满足公式(1)，减少车轮与地面的相对滑动。

随动桥液控主动转向特点为：(1)无论客车低速或高速向前行驶，还是倒车，随动桥转向均由主转向液压缸全程控制；(2)减少轮胎的磨损和改善高速行驶的稳定性；(3)可靠性好，传输准确度较高；(4)结构较复杂，成本高，国内现在采用还有些困难。

2 随动桥被动转向(Passive steering)

这种结构国外也有成熟产品，如德国ZF 、MAN 随动桥的转向系统，其前轮转向与随动桥被动转向之间没有直接的信号输入关系，而是根据客车转向时产生的离心力变化作为输入信号来实现随动桥转向。

下面就随动桥被动转向系统的组成、工作过程及特点作简要介绍。

ZF 被动转向随动桥的结构基本与前桥一样，但其主销上部向后倾斜8°。被动转向系统由转向减振器、气动控制锁止缸及传感器等组成，见图3。转向减振器一端固定在随动桥工字梁上，另一端固定在转向梯形臂上。锁止缸一端也固定在随动桥上，另一端挺杆固定在与主销相连的锁止杆上。

其工作过程为：当驾驶员向右打方向时，客车本身离心力作用，在随动桥车轮与路面的接触点B 处作用一个侧向反作用力F ，反力F 对车轮形成绕主销作用的力矩FL ，其方向正好与前轮转向方向相反(向左) ，见图4。在此力作用下，实现了随动桥的被动转向。该转向力矩的大小取决于力臂L 的数值，而力臂L 又取决于后倾角的大小，因此，随动桥主销后倾角的大小要合适，如果后倾角过小，则转向力矩小，不能克服摩擦阻力绕主销轴线产生的反方向力矩，而造成随动桥转向迟滞，如果后倾角过大，转向力矩大而造成随动桥方向回正困难。

当客车直线行驶时，若随动转向轮偶然受到外力作用而稍有偏转，此时转向减振器对随动桥车轮形成绕主销轴线作用的力矩，其方向正好与车轮偏转方向相反，在此力矩作用下，将使车轮回复到原来的中间位置，从而保证了客车稳定的直线行驶。

当客车高速行驶或倒车时，车轮转速传感器检测到的信号传输给ECU ，经过运算并发出指令，通过调整气压来控制锁止缸，使随动轮不能转向，确保客车方向稳定性。

随动桥被动转向特点为：(1)由于前轮与转向轮之间没有直接信号传输关系，而且路面作用在随动桥车轮上的力是复杂变化的，虽然转向减振器能吸收振动能量，振动衰减快，但被动转向系统的方向稳定性要比主动转向系统差；(2)结构简单，成本低，在国内客车行业将有一定的市场前景。

3 随动桥轴转向

当客车作非直线行驶时，在侧向力作用下，车身发生侧倾，此时由于随动桥悬架导向杆系的运动及变形，会使随动桥车轮发生绕垂直于地面轴线的小角度转动(即轴转向) ，也会使随动桥悬架左右弹性元件承受的载荷发生变化。能否利用这种左右弹性元件承受载荷的变化来设计一种结构来实现随动桥转向，目前还处于初步设想阶段，需要进一步探讨。

4 结束语

三轴客车作为国内正在开发的客车项目，如何解决随动桥轮胎的磨损问题是客车厂家面临的难题之一，选择合适的随动桥转向结构是解决该问题的关键所在。除了以上介绍欧洲成熟的随动桥主动及被动转向结构外，其它转向结构还需要进一步地探讨。