動力轉向系統與部件性能差異試驗分析

黃善女 孫云峰

【摘要】分析了汽車動力轉向系統主要部件匹配試驗與臺架試驗相互間的關系和差異，揭示了產生這些差異的原因，闡述了動力轉向系統匹配的相關注意事項，為動力轉向系統的匹配試驗研究和匹配評價提供了依據。

【關鍵詞】汽車動力轉向系統；系統匹配；匹配性能

1.試驗問題回顧及解決方案

1.1試驗問題回顧

2009年12月份，某轎車在試驗場性能試驗和可靠性試驗中出現轉向沉重并伴有間斷性發滯。2010年3月份，某輕型客車在試驗場進行性能試驗和主觀評價試驗時，駕駛員發現轉向過程中，轉向力矩不均勻，轉向手感很差，嚴重影響產品的性能及主觀評價。

此類問題產生的主要原因是：在設計開發中，沒有利用臺架試驗分析部件性能在集成到轉向系統中存在的性能差異；沒有利用臺架試驗數據驗證并修正設計方案。轉向系統各部件設計參數選取時，由于沒有利用臺架試驗驗證循環管路阻尼大小對轉向器阻力矩，轉向器流量等的影響，只根據理論計算確定轉向器總成參數、轉向泵型號，各段管路管徑等，從而造成動力轉向系統性能不達標，反映在整車上即為轉向沉重。同時，方向盤、轉向管柱、萬向節、轉向傳動軸等組成的轉向操縱機構，通過萬向節和轉向器的轉向柱連接。

1.2試驗解決方案

液壓助力轉向系統中的儲油罐、動力轉向油泵、動力轉向器、轉向操縱機構、高壓管以及各進出油管都按實車安裝的形式進行布置，以轉向油泵的進油口為參照點，依次確定各部件的相對三維坐標，分別在儲油罐的出油口、轉向油泵出油口、動力轉向器的進出油口安裝真空傳感器或壓力傳感器。轉向油泵由變頻電機經皮帶升速后驅動，用轉速傳感器測量油泵轉速。動力轉向器輸入端由伺服電機經減速機構驅動，在動力轉向器輸入端同時安裝轉矩傳感器和光軸編碼器，測量轉向器輸入轉矩和旋轉角度，在轉向器輸出端施加模擬載荷，轉向管柱和轉向傳動軸通過特制試驗夾具固定在試驗臺臺架上，并根據試驗要求調整十字萬向節角度。液壓助力轉向系統、變頻電機、伺服電機、模擬加載器都集成到鐵地板上。

2.各部件性能對比分析

2.1轉向操縱機構和轉向器匹配性能分析

根據QC/T 529-2000汽車動力轉向器總成臺架試驗方法可知：空載力矩試驗時，轉向器不加載、不供動轉油，所以，空載轉向力矩試驗排除了循環管路、儲油罐、轉向器負載等對轉向器性能的影響，轉向操縱機構和轉向器匹配空載力矩試驗主要用于考核和評價轉向操縱機構中十字萬向節角度的合理性。

2.2 轉向油泵和轉向器匹配性能分析

轉向器的主要性能之一是轉向手力特性，圖7為B926轎車轉向系統中的動力轉向器在臺架試驗中的轉向手力特性曲線圖。從圖7可知，隨著路面轉向阻力的增大，轉向器能夠提供相應的助力，當轉向輸入轉矩為6.5N·m左右時，就能產生6.9MPa的工作壓力，該轉向器在臺架試驗中表現出良好的對稱性和很好的助力，也符合設計要求，即在輸入轉矩為6～8N·m 時產生6.9MPa的壓力。轉向器轉閥是實現轉向器助力的核心部件，然而其動力源卻由轉向油泵提供，它需要轉向油泵提供適當的流量和壓力，即轉向油泵的流量特性和額定壓力。圖8和圖9為轉向油泵在臺架試驗時的流量特性。

2.3 循環油路的評價方法、性能分析

整個轉向系統中的循環油路包括吸油管、高壓管、回油管、接頭等。高壓管不僅要承受高壓，而且還得承受車輛行駛過程中由于路面沖擊和轉向盤擾動而產生的壓力脈動；回油管中還包括冷卻管路。由于受布置的影響，以及一些功能需求的原因，循環油路必定對轉向系統產生影響。如何評價循環油路的好壞，對整個轉向系統的評價是很重要的。結合系統匹配試驗經驗及解決實際試驗問題總結，可以從如下幾個方面對循環油路的性能進行考核。

2.3.1 油液抽吸能力

循環油路中接頭較多，油管材質既有橡膠的，也有銅質的。由于管路的密封質量以及管路中的存量空氣，當油液在管路中循環時可能會引起乳化或產生氣泡，而當油液乳化或產生氣泡時，可能會引起氣穴噪聲，導致轉向系統助力性能下降。為了檢測轉向系統油液抽吸能力，可將轉向系統調至水平狀態，向儲油罐中加注規定的轉向用油至最大允許液面，等待2min后補充加注油液至最大允許液面；啟動轉向油泵至1000r/min，并保持2min （液壓助力轉向器不工作）；運行轉向器在全行程的90%范圍內空載轉動5次以上；將儲油罐中油液維持到允許的最低液面，系統再運行2min后檢查儲油罐中油液是否有乳化現象，轉向油泵是否有氣穴噪聲。

2.3.2 傾斜吸油能力

循環油路中還應考慮儲油罐與轉向系統的匹配，儲油罐除了為轉向系統提供適量容積的油液、散熱、過濾油中雜質外，在匹配試驗中更應考慮在實際路況中（如上坡、下坡、左轉、右轉）儲油罐的容量設計是否合理，油液是否產生漩渦、氣泡、乳化等不利現象。當儲油罐中油液位于最小液面處時，將轉向系統調整到直線行駛位置，啟動轉向油泵至一定轉速，再慢慢地傾斜儲油罐固定支架，分別模擬實際路況的上坡坡度、下坡坡度、左轉坡度、右轉坡度，觀察儲油罐出油口的現象。

2.3.3 系統壓降

油管的長短、粗細、形狀都會引起壓降。可以通過測量系統壓降（包括吸油真空度、轉向油泵出油口壓力、轉向器進油口壓力和出油口壓力）來評價循環油路的性能。使油液溫度穩定在一定溫度（如30℃和80℃兩種情況） ，將轉向器調整至直行位置，調整轉向油泵轉速至500r /min，再慢慢增加其轉速至5000r/min，測量吸油真空度、轉向油泵出油口壓力、轉向器進油口和出油口壓力與油泵轉速的關系曲線。

3.結論

1.通過對動力轉向系統的空載力矩特性、轉向手力特性、流量特性、最大工作壓力、油液抽吸能力、傾斜吸油能力、系統壓降等的測量，并分別與獨立的動力轉向器的空載力矩特性轉向手力特性、轉向油泵的流量特性和最大工作壓力、儲油罐的容量和允許傾斜角、高壓管等的設計指標及臺架試驗結果相比較，通過分析，找出了產生差異的原因，對動力轉向系統的匹配試驗研究和匹配效果評判提供了一種思路。

2.通過解決試驗和實際中存在的動力轉向系統問題，我們總結出：臺架試驗和臺架匹配試驗在整車開發中的重要作用。即節省了開發成本，又提高了開發進度，整車開發中，臺架試驗驗證要提到很高的高度充分利用起來。

3.在實際的設計開發中，設計人員無法充分考慮部件在系統中實際使用狀態以及不同使用狀態下性能存在的差異，必須結合各種實際試驗數據來指導和修正設計方案。

參考文獻

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