循環球式動力轉向器加載測試仿真系統實現

魏利博，游專

（淮安信息職業技術學院汽車工程學院，江蘇 淮安 223003）

前言

循環球式轉向器是目前國內外應用最廣泛的結構形式之一，一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。主要有螺桿、螺母、鋼球、轉向器殼體等組成，具有較高的傳動效率，操縱輕便，磨損較小，使用壽命長，主要應用在一些大型車輛上。如圖1所示。

循環球電動液壓助力轉向系統實驗臺（如圖2所示），該系統選用伺服電機驅動轉向器的輸入端，電動伺服液壓擺動缸，對輸出端加載模擬阻力，通過VB編程調取采集卡相關驅動函數進行實驗臺的數據采集.系統能實時監控數據，實時繪制曲線，并依據評價標準對測試結果作出合格與否判斷。

圖1 循環球轉向器

通過試驗臺，完成以下實驗項目：空載力矩實驗、功能實驗、轉向力特性實驗、內泄漏實驗。實驗的方法參考QC/T529-2000。

圖2 循環球電動液壓助力轉向系統試驗臺

1 空載力矩實驗

將總成安裝在試驗臺架上，連接輸入軸，輸出端懸空，助力油泵關閉。驅動輸入軸以10rpm±5%的速度轉到右轉極端位置，再轉回到左轉極端位置。在此過程中，記錄輸入端輸入轉矩與轉角之間的關系。測試結果如圖3所示。（橫坐標表示方向盤轉角，縱坐標表示系統輸入軸轉動力矩）

圖3 正向空載實驗

從圖中可以看出，輸入轉矩會略有波動，是由于裝置機械部分之間存在摩擦阻力，當超過一定范圍時，轉向時會感覺到方向盤卡頓、慣性延遲，實際中會使得駕駛員在轉向過程中感到方向盤抖動。在EHPS無助力/有助力時，輸入軸轉動扭矩的范圍介于1到2N·m之間。在無助力時，輸入力矩為2N·m左右，說明系統存在的機械阻力大概在2N·m左右。圖中的試驗曲線表明性能測試加載系統能夠滿足試驗要求。

2 功能實驗

圖4 功能實驗

將總成安裝在試驗臺架上，在有動力情況下，在輸出端施加相當于總成最大工作壓力三分之一時的阻力矩或阻力，以10～15rpm的速度分別向正反兩個方向轉動輸入軸，記錄輸入角度和輸入轉矩的關系。測試結果如圖4所示（橫坐標為輸入角度，縱坐標為輸出轉矩）。

從圖中可以看出，在 EHPS正程/回程時，最大扭矩值為6N·m左右，滿足方向盤輕便性要求。功能試驗是試驗臺操作員根據經驗對試驗曲線的平滑與否來進行判斷，圖中扭矩曲線不是很光滑，主要是因為由于裝置機械部分之間存在摩擦阻力。

3 轉向力特性試驗

將總成安裝在試驗臺架上，把輸出端剛性地固定在直線行駛位置，分別向兩個方向轉動輸入端，做到油壓大總成最大工作壓力時為止，同時記錄輸入端輸入轉矩與工作油壓之間的關系。如圖5所示。

圖5 轉向力特性曲線

從圖中可以看出。在EHPS正程/回程時，試驗圖像均對稱，滿足對稱度要求。由圖可知，輸入力矩小于2N·m時，助力泵油壓比0略大，即輸入力矩不能克服系統機械阻力產生轉動，此時EHPS不工作。當輸入力矩大于2N·m時，隨著輸入力矩增大，助力泵油壓也隨之增大，EHPS產生助力效果，以保證轉向輕便；而在輸入力矩大于7N·m左右時，扭矩增大，曲線趨于平穩，油壓基本維持不變，以保證駕駛員有足夠的路感。

4 內泄漏實驗

將總成安裝在試驗臺架上，把輸出端剛性地固定在直線行駛位置，在輸入端施加2倍總成最大工作壓力下轉向力矩，測量從高壓腔流向低壓腔的泄漏量。測定時間為 20s，記錄兩個方向的泄漏量。如圖6所示（橫坐標表示時間，縱坐標表示高壓腔流向低壓腔的泄漏量）。

圖6 內泄漏實驗

從圖中可以看出：在10s的時間內，正向和反向的泄漏量在0.15L/min～0.2L/min之間，這與國產轉向器的實際泄漏量基本吻合。

5 總結

通過對轉向器的空載力矩實驗、功能實驗、轉向力特性實驗、內泄漏實驗進行仿真，從結果可以看出，該轉向臺與實際測試數據及曲線走向基本吻合，可以進行循環球轉向器的相關實驗，這將有助于提高循環球轉向器研發效率。

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