某載貨車型轉(zhuǎn)向助力失效的轉(zhuǎn)向力優(yōu)化

劉聰，李海蛟

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

某載貨車型轉(zhuǎn)向助力失效的轉(zhuǎn)向力優(yōu)化

劉聰，李海蛟

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

文章在載貨車轉(zhuǎn)向助力失效的情況下測得轉(zhuǎn)向力結(jié)果，對轉(zhuǎn)向助力失效轉(zhuǎn)向性力不滿足法規(guī)要求的問題進(jìn)行原因分析，從轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)內(nèi)阻力、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動比兩個主要方面入手，制定針對性的優(yōu)化設(shè)計方案。問題整改完成后進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果達(dá)到了理想的效果。

助力失效；原因分析；設(shè)計優(yōu)化

Abstract:In this paper, the performance result was tested when the truck is in the case of steering power failure. According to the result, the reason that steering force of power failure doesn’t meet regulatory requirements was analyzed. The optimized design plan was formulated according to the internal resistance of steering mechanism and the steering gear ratio.After modified, the experiment was verified again. The verification result has a great effect.

Keywords: steering power failure; analysis of causes; design optimization

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-154-02

前言

現(xiàn)階段卡車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本都采用液壓助力的形式。液壓助力系統(tǒng)給轉(zhuǎn)向提供足夠的動力，駕駛者在進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作的時候就會非常的省力，避免駕駛疲勞，提高安全性和舒適性。液壓助力系統(tǒng)難免也會發(fā)生故障，出現(xiàn)助力失效的情況。為了保證在轉(zhuǎn)向助力失效情況下仍然可以進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，國家有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB 17675對其轉(zhuǎn)向性能要求。本文則結(jié)合某載貨車型轉(zhuǎn)向助力失效測試結(jié)果，并對不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)其進(jìn)行分析，找出問題的原因并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

表1 車型基本參數(shù)

1 轉(zhuǎn)向助力失效測試結(jié)果

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17675進(jìn)行試驗(yàn)：車輛以10km/h車速、24m 轉(zhuǎn)彎直徑前行轉(zhuǎn)彎時，不帶助力時轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于245N ，帶助力轉(zhuǎn)向但助力轉(zhuǎn)向失效時，其轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于 588N 。機(jī)動動作時間正常情況下不得大于4s，帶助力轉(zhuǎn)向但助力失效時不得大于6s，左右兩個方向都要試驗(yàn)。

表2 轉(zhuǎn)向助力失效轉(zhuǎn)向測試結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來看，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向力數(shù)值的大小雖然在588N以內(nèi)，但是對于普通駕駛者來講接近極限，轉(zhuǎn)及右轉(zhuǎn)的機(jī)動時間超過6S沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 轉(zhuǎn)向助力失效轉(zhuǎn)向性能差原因分析

可能導(dǎo)致助力失效的轉(zhuǎn)向力未達(dá)標(biāo)的因素主要有輸出力矩小、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動比下和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)內(nèi)阻力三個方面。圍繞這兩個方面進(jìn)行分析，找出問題關(guān)鍵因素之所在。

表3 為問題原因分析表

2.1 轉(zhuǎn)向輸入力矩

1）方向盤作為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的力矩輸入端，在同樣輸入力的情況下，方向盤的直徑越大輸入的力矩越大。現(xiàn)在卡車采用的方向盤直徑Ф450mm和Ф480mm較為普遍，本車采用的是Ф450mm方向盤。方向盤直徑小不作為主要因素考慮。

2）在助力失效情況下，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)靠人力純機(jī)械的操作，輸入的手力越大轉(zhuǎn)向機(jī)動越快。在做轉(zhuǎn)向助力失效試驗(yàn)的時候可以發(fā)現(xiàn)，普通駕駛者的手力在500N左右已經(jīng)接近上限，低于588N滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。受駕駛者本身的局限，輸入力的大小是無法提升的，所以本項也不做主要因素。

2.2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動比

構(gòu)傳動比由方向機(jī)內(nèi)部傳動比、擺臂傳動比來決定，數(shù)值越大的話轉(zhuǎn)向操作會更加的輕便。常見的方向機(jī)傳動比在16~23之間，擺臂的傳動比在 1.0左右。本臺車向機(jī)傳動比n1=16.4，前橋彎臂L2=230mm，向機(jī)垂臂長L1=218mm。

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動比 n=n1×L1/L2=16.4×1.06=17.38，相比同級產(chǎn)品傳動比偏小，可進(jìn)行優(yōu)化提升。

2.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)內(nèi)阻力

1）轉(zhuǎn)向管柱在轉(zhuǎn)動過程中的卡滯、轉(zhuǎn)動阻力大等會影響轉(zhuǎn)向的輕便型。通過臺架試驗(yàn)來對管柱部分性能參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，如下圖所示：

表4 管柱主要性能參數(shù)測試結(jié)果

根據(jù)測試結(jié)果可知，管柱的轉(zhuǎn)動力矩、波動力矩等都滿足設(shè)計要求，不存在異常的現(xiàn)象。

2）直拉桿球銷擺動力矩越小拉桿的擺動阻力越小，但是力矩小球銷與球座的間隙會越大，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向間隙大，加快直拉桿的松曠和損壞。按照直拉桿的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求球銷擺動力矩1.5-6N.m。經(jīng)過臺架試驗(yàn)測，球銷擺動力矩為5.8N.m，滿足要求。

3）前橋輪端轉(zhuǎn)動阻力是整個轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中阻力中較大的部分，其值越小轉(zhuǎn)向越輕便。現(xiàn)階段設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對前橋轉(zhuǎn)動阻力矩沒有明確的數(shù)值要求，通過與同級別性能優(yōu)秀前橋進(jìn)行數(shù)據(jù)對比如下表5所示：

表5 前橋阻力矩對比表

數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)動阻力矩明顯偏高，這對純機(jī)械轉(zhuǎn)向的輕便性影響還是很大的，所以需要進(jìn)一步的改進(jìn)優(yōu)化。

3 設(shè)計優(yōu)化方案

通過以上分因素的分析，主要從提高轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動比和降低前橋輪端阻力矩兩個方面進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 提高轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動比

按照設(shè)計要求擺臂傳動比在1左右，垂臂和彎臂的長度不做變動，提高機(jī)構(gòu)傳動比主要從提高方向機(jī)的傳動比入手。在結(jié)構(gòu)上活塞、螺桿、搖臂軸扇形齒的尺寸參數(shù)決定了方向機(jī)的傳動比大小。在輸出扭矩相當(dāng)情況下，選擇一款傳動比更大的方向機(jī)，傳動比n1=20.8。

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動比n=n1×L1/L2=20.8×1.06=22.1。

3.2 降低前橋輪端阻力

減小輪端阻力就矩是減小各個活動件的摩擦力，啟動力目標(biāo)控制在120N以下，通過以下四個方面進(jìn)行提升：

1）轉(zhuǎn)向節(jié)墊片的間隙在裝配的時候進(jìn)行工藝調(diào)整，由0.2mm改為0.25mm。

2）輪端上的推力軸承承受著前橋的載荷，受載較大。本車前橋采用的是阻尼滑動式推力軸承，摩擦系數(shù)較大，轉(zhuǎn)動的阻力相應(yīng)的較大，將其改為圓錐滾子軸承，降低轉(zhuǎn)動的阻力。

3）橫拉桿作為左右輪端的連接部件，球銷實(shí)測得擺動力矩為5.8N.m、轉(zhuǎn)動力矩5.9N.m。現(xiàn)技術(shù)要求擺動力矩和轉(zhuǎn)動力矩范圍為1.5-6.0N.m，修改為1.5-4N.m。

4）本前橋轉(zhuǎn)向節(jié)主銷襯套為銅合金，轉(zhuǎn)動的時候與主銷之間是滑動摩擦，摩擦系數(shù)大。將轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷之間改為用滾針軸承配合。

優(yōu)化后，前橋輪端啟動力為115N，達(dá)到較好的效果。

4 整改后驗(yàn)證

整改完成后，按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17675進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，數(shù)據(jù)結(jié)果如下表所示：

表6 轉(zhuǎn)向助力失效轉(zhuǎn)向測試結(jié)果

左轉(zhuǎn)機(jī)動時間5.5S≤6S，左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向力480N≤588，右轉(zhuǎn)機(jī)動時間5.3S≤6S，右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向力450N≤588，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)束語

本文對某車型轉(zhuǎn)向助力失效的轉(zhuǎn)向力進(jìn)行優(yōu)化，主要從提高轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動比、降低轉(zhuǎn)向回正阻力兩個方向?yàn)樽ナ郑黾臃较驒C(jī)傳動比、優(yōu)化轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)零部件性能、加工精度、裝配工藝等因素來降低轉(zhuǎn)向回正阻力。經(jīng)過設(shè)計優(yōu)化提升后，

對本臺車重新進(jìn)行轉(zhuǎn)向助力失效試驗(yàn)驗(yàn)證，轉(zhuǎn)向力性能得到明顯的提升，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

[1] 王霄峰.汽車底盤設(shè)計.[M]清華大學(xué)出版社,2010.

[2] 王望予.汽車設(shè)計.[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[3] 《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊設(shè)計篇[M].人民交通出版社,2001.

Steering force improvement of a truck steering power failure

Liu Cong, Li Haijiao
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Technology Center, Anhui Hefei 230601 )

U467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-154-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.053

劉聰，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。