轉(zhuǎn)向器閥特性曲線對車輛轉(zhuǎn)向性能的影響

張瑞峰，張 棟

（江鈴重型汽車有限公司，山西 太原 030006）

引言

近年來，隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，汽車運輸業(yè)也有了長足的發(fā)展，物流行業(yè)的不斷壯大和發(fā)展，使得人們根據(jù)不同貨物種類及運輸場景的不同，對車輛的性能需求也在不斷發(fā)生著變化。不斷細(xì)分化的市場對汽車的各項性能提出了越來越高的要求，用戶群體也越來越多地明確了對車輛的性能需求，這不僅體現(xiàn)在車輛的油耗、排放、重量等方面，而且對車輛的駕駛感受、NVH 等有了新的訴求。由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是車輛的關(guān)鍵重要系統(tǒng)，它不單單要保證日常行駛安全，還要確保其在日常操作中的舒適性，客戶對車輛轉(zhuǎn)向性能的需求較為明顯。

1 轉(zhuǎn)向閥特性曲線形狀及區(qū)間的特點分析

在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向器的特性對整車轉(zhuǎn)向性能的影響不言而喻，而轉(zhuǎn)向器的閥特性曲線直觀地反應(yīng)了轉(zhuǎn)向器輸入轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系，是評價轉(zhuǎn)向器的重要指標(biāo)。如圖1 所示，閥特性曲線通常使用輸入手力與輸出油壓表示（輸出扭矩等于油壓壓力乘以油缸的工作面積和作用力臂）。閥特性曲線的形狀及特點是由閥體刃口尺寸決定的[1-2]。

如圖2 所示，轉(zhuǎn)向器閥特性曲線大致可分為3個區(qū)段。

A 區(qū)段：該段曲線特點是在小的輸入力矩情況下，油壓無明顯變化，轉(zhuǎn)向助力未介入，以防止車輛轉(zhuǎn)向過于靈敏。

B 區(qū)段：該段曲線特點是油壓伴隨輸入力矩的增加而增加，為車輛轉(zhuǎn)向中高速常用區(qū)域。

圖1 轉(zhuǎn)向器閥特性曲線

圖2 特性曲線分段示意圖

C 區(qū)段：該段曲線呈陡而直線上升狀態(tài)，以隨輸入力矩增加迅速提供更大的轉(zhuǎn)向助力，主要表現(xiàn)在車輛原地或低速大角度轉(zhuǎn)向時提供更大助力。

動力轉(zhuǎn)向器向右轉(zhuǎn)和向左轉(zhuǎn)的閥特性曲線具備對稱性。

2 特性曲線相關(guān)整車性能的評估方法

由上述結(jié)論可知，轉(zhuǎn)向器閥特性曲線每個區(qū)段的形狀特點都會對車輛的轉(zhuǎn)向性能有直接影響，而這些性能在整車上的表現(xiàn)，通常通過以下試驗來評估。

2.1 車輛低速工況時的轉(zhuǎn)向力評估

試驗方法：車輛置于低擋，發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在常用轉(zhuǎn)速（以常見柴油機為例，即轉(zhuǎn)速保持在1 200 r/min 左右，車速控制在15～20 km/h），方向盤從中間位置向左轉(zhuǎn)動方向盤到極限位置，然后向右轉(zhuǎn)動方向盤到極限位置，回到初始位置（累計為一個循環(huán)），連續(xù)轉(zhuǎn)動不少于3 個完整循環(huán)，操作過程中，方向盤轉(zhuǎn)動速度應(yīng)為90°/s±45°/s，采集處理數(shù)據(jù)，評估其中心區(qū)域轉(zhuǎn)向手力大小（如圖3）。

圖3 轉(zhuǎn)向力矩與方向盤轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線

2.2 車輛中高速工況時的轉(zhuǎn)向力評估

試驗方法：通過中間位置轉(zhuǎn)向試驗進(jìn)行評估，車輛以一定的速度作近似于正弦去曲線的蛇行行駛（考慮到半掛牽引車的實際情況，測試車速控制在70～80 km/h），正弦運動周期為5 s，側(cè)向加速度峰值為0.2g 左右。采集處理數(shù)據(jù)后，關(guān)注車輛側(cè)向加速度為0.1g 時轉(zhuǎn)向盤的力矩大小（如圖3）。

2.3 車輛中高速工況的路感、回正性評估

試驗方法：同樣基于車輛中間位置轉(zhuǎn)向試驗進(jìn)行評估，車輛方向盤力矩為0 時的汽車側(cè)向加速度，體現(xiàn)了汽車的回正性能情況，0g 處的轉(zhuǎn)向盤力矩梯度，它是0g 處轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩隨汽車側(cè)向加速度的變化率，可反映出車輛的路感（如圖4）。

圖4 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩與側(cè)向加速度關(guān)系曲線

3 實例分析

3.1 車輛故障描述

國內(nèi)某6x4T 車型在某區(qū)域售后市場客戶反饋車輛手力偏重。通過實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，客戶抱怨發(fā)生在車速30～40 km/h,山區(qū)多坡的行駛路段，同時客戶反饋車輛的回正性和中高速路感感覺較好，為排查原因，對其車輛進(jìn)行了實車相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。

表1 為車輛客觀測試結(jié)果，根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向性能的開發(fā)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般駕駛員的正常手力范圍為4～5 N·m，轉(zhuǎn)向力矩為0 時的側(cè)向加速度數(shù)值越小其回正性能越好，通常的推薦范圍為小于0.15g,側(cè)向加速度為0g 時的轉(zhuǎn)向盤力矩梯度數(shù)值越大其路感越明顯，由此可見，客戶抱怨車輛的客觀測試結(jié)果與主觀駕評結(jié)果基本吻合，轉(zhuǎn)向手力偏大，車輛路感與回正性能良好，建議通過優(yōu)化轉(zhuǎn)向器閥特性曲線，可以快速有效地進(jìn)行相關(guān)性能的改善。

表1 實車數(shù)據(jù)采集結(jié)果

3.2 閥特性曲線的優(yōu)化方案

圖5 是車輛優(yōu)化前的閥特性曲線，A 區(qū)末點坐標(biāo)為（1.8 N·m，2 bar），B 區(qū)末點坐標(biāo)為（5.7 N·m，40 bar），C 區(qū)末點坐標(biāo)為（8.6 N·m，150 bar）。基于對轉(zhuǎn)向器閥特性曲線形狀及區(qū)間的特點分析，優(yōu)化方向為：

1）適當(dāng)縮短A 區(qū)長度，使得轉(zhuǎn)向助力適當(dāng)提前介入，但縮短距離不宜過多，否則會影響到車輛路感及回正向能；

2）增加B 區(qū)和C 區(qū)的斜率，從而在保證輸出油壓不變的情況下，降低輸入力矩。

圖5 優(yōu)化前轉(zhuǎn)向器閥特性曲線

3.3 優(yōu)化的方案的效果評估

實施上述優(yōu)化方案，重新選擇某樣機參數(shù)，優(yōu)化前、后的閥特性曲線如圖6 所示：A 區(qū)末點坐標(biāo)為（1.4 N·m，2 bar）,B 區(qū)末點坐標(biāo)為（4.9 N·m，40 bar），C 區(qū)末點坐標(biāo)為（7.9 N·m，150 bar）。搭載整車進(jìn)行相關(guān)的測試后，測試結(jié)果如下頁圖7、圖8 所示。

圖6 優(yōu)化前、后轉(zhuǎn)向器閥特性曲線

圖7 轉(zhuǎn)向力矩與方向盤轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線

圖8 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩與側(cè)向加速度關(guān)系曲線

通過對優(yōu)化前、后的車輛進(jìn)行客觀測試，結(jié)果如表2 所示，車輛在低速時的轉(zhuǎn)向手力明顯變輕，由優(yōu)化前的5.63 N，下降為4.81 N；其路感、回正性能雖有輕微惡化，但下降幅度較小，在主觀駕評中可以忽略。通過客戶及專業(yè)駕評工程師駕評后，均反饋轉(zhuǎn)向手力改善明顯，車輛回正性差異不大，車輛在中高速工況并未出現(xiàn)方向發(fā)飄、無中心感的問題，由此可見，通過對轉(zhuǎn)向器閥特性曲線的優(yōu)化后，車輛轉(zhuǎn)向的綜合性能取得明顯提升[3-5]。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)向器閥特性曲線的特點直接影響了車輛轉(zhuǎn)向手力、路感、回正性等轉(zhuǎn)向性能，合理的閥特性曲線選擇，有利于車輛各轉(zhuǎn)向性能的平衡。其中A 區(qū)段過長會導(dǎo)致車輛在中高速行駛時，轉(zhuǎn)向器反應(yīng)遲鈍，不能及時介入，容易引起駕駛員誤判；過短則容易在中高速行駛過程中，轉(zhuǎn)向發(fā)飄、無中心感，喪失路感，且車輛轉(zhuǎn)向回正變差；B、C 區(qū)段要求助力作用明顯，油壓曲線的斜率變化應(yīng)較大，變化率過小將導(dǎo)致車輛常用工況手力發(fā)重。車輛不同的使用場景，客戶對車輛的轉(zhuǎn)向性能有不同的需求，可以通過選取不同的轉(zhuǎn)向器閥特性曲線，快速有效地滿足車輛不同場景的使用要求。

表2 優(yōu)化前后的關(guān)鍵參數(shù)測試結(jié)果