液壓轉向系統臺架耐久試驗研究

趙贏

(中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

液壓轉向系統臺架耐久試驗研究

趙贏

(中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

通過分析液壓助力轉向系統各子零件的臺架耐久試驗，提出了采用5通道試驗臺模擬系統耐久試驗。以某轉向系統為例，設計了全壽命周期耐久臺架試驗規范，為進一步研究系統耐久打下堅實基礎。

液壓助力轉向系統；臺架耐久試驗；5通道試驗臺

0 引言

液壓助力轉向系統(HPS)(1)主要由油壺、液壓油管(高壓管、低壓管、冷凝管)、轉向輸入軸、中間軸、液壓轉向器、調節結構等組成一個有機整體，具有傳遞助力、反饋路感和防盜功能，如圖1為系統三維裝配結構圖。

作為車輛上一個極其重要的系統，其耐久性的優劣直接影響到整個車輛的使用壽命和客戶對車輛品牌的評價，因而具有重要的研究意義。

文中詳細地分析了轉向系統各子零件的臺架耐久試驗方法的差異性，結合系統的實際使用工況和環境，提出了采用5軸系統試驗來綜合評價系統耐久性，進一步全面地考核系統的耐久性能和發現各子零件耦合后產生的異常現象。

1 系統中各子零件耐久試驗對比分析

轉向系統中各子零件臺架耐久試驗主要考核車輛實際行駛工況下(冬季、夏季；轉彎、直行、上坡、下坡、前進、后退；瀝青路面、壞路；極限駕駛、正常駕駛等)，各子零件在不同溫度(環境溫度)、油溫、負載(轉向拉桿兩端載荷)等條件下的耐久性，如轉向機缸筒和活塞密封耐久性、轉向管柱動態扭轉疲勞、轉向機駐車耐久等，具體如表1—4所示。

表1 轉向器耐久試驗

注：pmax為最大工作油壓；Tmax為最大工作油溫；RT.為室溫(25±3) ℃；Fmax為最大設計載荷

表2 轉向管柱耐久試驗

注：RT.為室溫(25±3) ℃

表3 轉向油管耐久試驗

注：RT.為室溫(25±3) ℃

表4 轉向油泵耐久試驗

注：pmax為最大工作油壓；RT.為室溫(25±3) ℃

由表1—4可以看出轉向系統各子零件耐久試驗主要考慮幾個方面：

(1)路面沖擊對零件的影響，如轉向軸承、壓塊間隙等；

(2)溫濕度、光照老化對橡膠件的影響，如油管、油泵密封件等；

(3)行駛工況變化對零件的影響，如駐車耐久試驗(圖2)、全壽命耐久試驗(圖3)等。

為更好地評價單個零件的耐久性能，又可以評價各子零件間聯接的可靠性，更能接近實車，可考慮整個液壓轉向系統耐久性，綜合溫濕度、路面沖擊，前橋載荷等。

2 系統試驗

液壓轉向系統臺架試驗不僅可以考核整個轉向系統的性能，如背壓、突然轉向時力矩變化、坑洼路面的方向盤沖擊、俘獲、噪聲等性能，而且可以通過五軸系統試驗臺嚴格考核系統中各零件耐久和相關連接件耐久，更能模擬轉向系統整個生命周期的壽命試驗，進而可取代整車路試對系統耐久考核。試驗過程中需注意：

(1)滿足各零件硬點布置要求(三維空間)；

(2)螺母、螺栓等擰緊力矩與實車一致；

(3)油管走向與實車一致，拉桿載荷譜能再現實車路譜或者等效；

(4)模擬環境溫濕度控制。

作者根據多年工作經驗，深入分析研究，提出采用5軸轉向系統試驗臺進行系統耐久試驗。

2.1 系統試驗臺架

液壓轉向系統測試臺架為5通道獨立伺服控制液壓操縱系統，如圖4所示，其原理圖如圖5所示。

2.2 系統全壽命耐久試驗設計

系統全壽命耐久是模擬整車使用壽命內轉向系統的壽命，即模擬不同溫度(冬季、夏季)、不同路面(瀝青路、山路等)、不同工況(緊急避險、駐車等)、不同載重(輕載、滿載)條件下，轉向系統等整個使用壽命范圍內的轉角、轉速、拉桿載荷、循環次數、溫度的正交組合，其臺架試驗可以通過5通道試驗臺來完成；它由4個高精度直線液壓伺服缸和1個高精度的旋轉液壓伺服缸組成。兩個水平作動器可精確模擬轉向拉桿兩端載荷，兩個垂直作動器模擬拉桿兩端擺動，旋轉伺服缸模擬方向盤轉角。

試驗載荷。采集整車普通道路耐久拉桿載荷、拉桿擺動角度、方向盤轉角、方向盤速度、車速、溫度等，通過時域路譜、頻率功率譜、穿級計數等方法簡化后通過伺服液壓系統再現。

試驗次數： 計算不同組合下的循環次數。

以某轉向系統為例，設計如下全壽命周期的臺架耐久試驗，一個大循環載荷角度分布見表5，具體大循環次數以實車數據采集為準。

臺架搭建。整個系統按照實車三維空間坐標布置，進油管、回油管、吸油管走向與實車一致；溫度載荷可通過環境箱模擬；螺母、卡箍、擰緊力矩按照設計圖紙。

表5 1個大循環壽命耐久試驗

3 總結

詳細分析了轉向系統各子零件的臺架耐久試驗，提出了采用5通道試驗臺模擬系統耐久試驗。以某轉向系統為例，設計了全壽命耐久臺架試驗規范，為進一步研究系統耐久打下堅實基礎。

【1】 程飛，顏堯，李玉琴，等．汽車動力轉向系統匹配試驗研究[J]．汽車工程，2008，30(7)：18-20.

StudyonDurabilityBenchTestforHydraulicPowerSteeringSystem

ZHAO Ying

(China Automotive Engineering Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 401122,China)

Through the analysis of bench durability test of each subsystem of hydraulic power steering system, the 5-channel test rig was presented to simulate system durability test.Taking a steering system as an example, the whole life cycle durability bench test specification was designed.It provides a foundation for the further study of system durability.

Hydraulic power steering system; Durability bench test; 5-channel test bench

2014-07-10

趙贏(1980—)，男，本科，工程師，研究方向為汽車試驗測試。E-mail：ccarizhaoying@sina.com。