某中型4×2載貨車轉向沉重問題的分析與改進

史為成（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某中型4×2載貨車轉向沉重問題的分析與改進

史為成
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車轉向沉重問題是汽車轉向系統中最常見的故障之一，其影響因素較為復雜。文章針對某4×2載貨車在超載使用工況下出現的轉向沉重問題，從整車匹配的角度進行原因分析，并提出有效的改進措施。通過深入的理論計算分析及相關的試驗驗證，有效地解決了轉向沉重的問題。

轉向系統；轉向沉重；分析；改進

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.041

CLC NO.: U463.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-114-03

引言

汽車轉向的輕便性直接影響到整車的操縱穩定性能。轉向沉重的問題會影響到轉向系統各零部件的使用壽命，同時還極易使駕駛員產生駕駛疲勞，嚴重影響行車安全。某4×2載貨車采用液壓助力轉向系統，市場反饋該車在實際使用過程中存在轉向沉重的現象，尤其在重載原地轉向時情況尤為嚴重，甚至存在打不動方向的情況。經調查，車輛使用時普遍超載，車輛總重可達18噸，前軸載荷在平坦路面上達6.5噸。本文以前軸實際使用載荷為依據，通過理論計算及系統參數的匹配分析，提出具體的改進措施，滿足車輛超載工況的使用要求。所涉及的車輛基本配置如下表1。

表1　車輛基本配置

1、現有助力轉向系統轉向輕便性校核

從設計理論的角度進行分析，影響車輛轉向沉重的主要因素有如下幾點：（1）轉向系統角傳動比設計是否合理。隨著轉向系統角傳動比的增大，轉向系統力傳動比隨之增大，即轉向的靈敏性變差，轉向更加輕便。（2）轉向系統的輸出扭矩與轉向阻力矩的關系。如果轉向器最大輸出扭矩小于最大轉向阻力矩，車輛在重載使用時勢必會造成轉向沉重，甚至會存在打不動方向的情況。（3）液壓助力轉向系統中系統壓力、流量參數匹配不合理。系統中轉向助力泵的最大工作壓力、控制流量與系統需求匹配不合理直接會造成系統故障，如轉向助力泵最大工作壓力、控制流量匹配過小，無法滿足系統需求，會直接導致轉向沉重、轉向發卡的問題。該車現有助力轉向系統各元件主要結構及性能參數如下表 2、3所示。

表2　轉向器主要結構參數

1.1轉向系統角傳動比分析

轉向系統角傳動比i、轉向器角傳動比iw1及轉向傳動機構的角傳動比iw2，三者之間的關系為i= iw1×iw2。

其中，Z：搖臂軸齒輪整圓齒數

m：搖臂軸齒輪模數

P：螺桿螺距

根據該車輛配置的轉向器結構參數可知，搖臂軸齒輪整圓齒數為10，搖臂軸齒輪模數為8mm，螺桿螺距13.5mm，則轉向器的傳動比

根據汽車設計手冊中角傳動比的推薦值，貨車轉向器角傳動比值一般取 20～25，轉向傳動機構角傳動比一般取0.85～1.1之間，故該車型轉向器角傳動比值偏小。轉向系統角傳動比越小，轉向輕便性越趨于沉重。

1.2轉向系統力矩關系分析

1.2.1轉向阻力矩的計算

在干而粗糙的轉向輪支撐路面上做原地轉向，轉向條件較為惡劣，此時為車輛使用過程中轉向阻力矩最大的工況，所需的轉向系統輸出扭矩也最大。下表4為計算原地轉向阻力矩所需的各參數及其數值。

表4　原地轉向阻力矩計算所需參數

（1）根據半經驗公式計算原地轉向阻力矩M：

根據汽車設計手冊中的算法計算原地轉向阻力矩Tr：

轉向車輪的轉向阻力矩 Tr由轉向車輪相對于主銷軸線的滾動阻力矩 T1、輪胎與地面接觸部分的滑動摩擦力矩 T2以及轉向車輪的自動回正力矩所形成的阻力矩 T3組成，即

1.2.2轉向器最大輸出扭矩的計算

轉向器的輸出力矩與工作缸徑、工作壓力、搖臂軸輪齒扇分度圓半徑有關。

(1)對接BEPS第5項行動計劃成果，完成國內稅法中有害稅收實踐規定的自查和同行審議。BEPS第5項行動計劃成果《考慮透明度和實質性因素，有效打擊有害稅收實踐》，重點關注與無形資產稅收優惠制度有關的實質性活動的要求，以及提高透明度的問題。中國已經就高新技術企業所得稅優惠政策進行了自我評估，雖然評估方法與AP-BEPS報告所建議的“關聯法”不完全一致，但其采用的標準其實比“關聯法”更為嚴格。因此，中國自評和接受“有害稅收實踐論壇”主持的AP-BEPS其他成員國同業審查結論一致，中國高新技術企業所得稅優惠政策不構成有害稅收實踐，中國不必要也不會改變該項所得稅優惠政策。

其中，D為轉向器缸徑；Pmax為助力轉向泵最大工作壓力；R為搖臂軸齒輪齒扇分度圓半徑。

1.3現有助力轉向系統轉向輕便性分析結論

通過以上理論計算分析，現有轉向系統角傳動比偏小，另外，轉向器最大輸出扭矩Mmaxz與系統轉向阻力矩Mr相比偏小，在重載原地轉向時會導致轉向沉重、甚至打不動方向的問題，這與該車實際使用的情況相符，即現有助力轉向系統不能滿足超載等極限工況的使用要求。

2、助力轉向系統輕便性的優化改進

由以上分析可知，現有轉向系統的角傳動比相對偏小，影響轉向時輕便性，為此需增大轉向系統的角傳動比進行優化改進。另外，轉向器的最大輸出扭矩小于轉向系統的最大轉向阻力矩是導致轉向沉重的主要原因。為此需加大轉向器的缸徑以便增大轉向器的輸出扭矩。但增大轉向器的缸徑會相應的增加系統成本和系統元件的布置難度，故轉向器的缸徑并非越大越好。考慮到市場車輛實際超載使用的極限工況，對現有助力轉向系統進行優化改進。改進后轉向系統各元件主要結構及性能參數如下表5、6所示。

表5　轉向器主要結構參數

2.1改進后轉向系統角傳動比核算

轉向系統角傳動比 i'、轉向傳動機構的角傳動比和轉向器角傳動比三者關系如下：

其中，L2為改進后轉向節臂長度，其值為 225mm；L1為改進后轉向搖臂長度，其值為215mm。

根據汽車設計手冊中角傳動比的推薦值，轉向器角傳動比值貨車一般取 20～25，轉向傳動機構角傳動比一般取0.85～1.1之間。由以上計算結果可知，轉向系統角傳動比及轉向傳動機構的角傳動比均滿足設計使用要求。

在轉向過程中，當系統克服最大的轉向阻力時，系統的工作壓力達到最大值，此時系統的最大工作壓力：

其中，Mr為原地最大轉向阻力矩；D為轉向器缸徑；Pmax為助力轉向泵最大工作壓力；R為搖臂軸齒輪齒扇分度圓半徑；η為機構傳動效率，計算時取0.85。

此時系統最大工作壓力為13.9MPa小于助力轉向泵的最大工作壓力，故滿足使用要求。

2.3改進后助力轉向系統流量核算

轉向助力泵必須提供合適的流量，轉向器才能有效的發揮作用。流量過大，系統背壓偏高，會使系統油溫升高迅速，對系統零部件壽命及系統的效率都不利；流量過小，會導致轉向沉重，轉向滯后等問題的產出。

按照經驗公式系統實際所需流量比系統正常工作所需最小流量大2～3L/min。

其中，D為轉向器缸徑；n為駕駛員操作方向盤時轉速，一般貨車取 100r/min；t為螺桿螺距； QΔ為內泄漏量，取ΔQ=1.5L/min。

由以上分析可知，所選轉向助力泵控制流量在理論計算值范圍內，故滿足使用要求。

2.4改進后轉向系統力矩關系核算

改進后轉向器的最大輸出扭矩轉向器最大輸出扭矩

其中，D為轉向器缸徑；Pmax為助力轉向泵最大工作壓力；R為搖臂軸齒扇分度圓半徑。

轉向器最大輸出扭矩M'zmax＞原地轉向最大阻力矩 Mr，且有較大的輸出扭矩設計裕度M'zmax-Mr=5184-4084.9=1099 N·m，可以滿足本文所討論車型的超載工況的使用要求。

3、試驗驗證

根據以上的優化改進措施進行了試制裝車，并且進行了轉向輕便性試驗，針對該車輛超載使用的工況進行模擬加載，對轉向過程中的轉向力等參數進行了測量。其試驗測量結果如下表7，在前軸載荷超載（6.5t）的情況下原地轉向過程中，轉向沉重現象消失，整個轉向過程較為輕便。

4、結束語

本文針對某中型載貨車用戶使用過程中轉向沉重的問題進行了詳細的理論分析，提出了造成該車型轉向沉重的主要原因，并制定了優化改進措施。通過優化轉向系統角傳動比，提高轉向器輸出扭矩，對助力轉向泵的技術參數進行優化匹配，使問題徹底解決，試驗驗證效果良好，消除了用戶的抱怨。該文所及方法和結論對類似問題的解決具有一定的借鑒作用。

[1] 陳家瑞.汽車構造(下)[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 王望予.汽車設計[M]. 北京:機械工業出版社,2004.

[3] 汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊設計篇[M]. 北京:人民交通出版社,2001.

The steering heavy problem about a 4×2 medium size truck analysis and optimization

Shi Weicheng
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Heavy steering failure is one of the most common car faults, which factors are more complex.In this paper, a 4×2 truck in overload conditions occur using heavy steering problem, cause analysis from the perspective of the vehicle match, and propose effective measures for improvement. Computational analysis and experimental verification by the relevant depth theoretical, effective solution to the problem of heavy steering.

Steering system; Heavy steering; analysis; optimization

U463.4

A

1671-7988（2015）12-114-03

史為成，工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，現從事產品研發工作。