某車型低速行駛轉(zhuǎn)向沉重問題分析及改進(jìn)

高建光

摘 要：文章介紹了某車型原地及低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向沉重的問題，通過對(duì)故障分析、排查，確認(rèn)了根本原因，繼而根據(jù)原因制定可行的對(duì)策，并通過實(shí)車測(cè)試驗(yàn)證來確認(rèn)對(duì)策的有效性，最終消除了原地及低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向沉重問題。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向沉重;轉(zhuǎn)矩;力特性曲線;流量

中圖分類號(hào)：U462.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）22-126-03

Abstract： This paper introduces the problem of hard steering when the vehicle is running in place and at low speed， through fault analysis and troubleshooting， the root cause is confirmed， then feasible countermeasures are developed according to the reasons， and the effectiveness of countermeasures is confirmed through vehicle test and verification，finally the problem of hard steering in situ and low speed is eliminated.

Keywords： Hard steering; Torque; Force character curve; Rate of flow

CLC NO.： U462.1? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）22-126-03

前言

轉(zhuǎn)向性能是汽車最重要的性能之一，可直觀影響車輛的駕乘主觀感受，對(duì)車輛的操縱輕便型、穩(wěn)定性、舒適性和行駛安全性有重要影響。轉(zhuǎn)向性能主要包括轉(zhuǎn)向力與轉(zhuǎn)向回正兩方面，本文主要闡述轉(zhuǎn)向力的相關(guān)問題分析及改進(jìn)。

轉(zhuǎn)向力直接影響轉(zhuǎn)向操縱手感，如車輛低速轉(zhuǎn)向沉重，駕駛員便無法輕便的操縱方向盤進(jìn)行靈敏轉(zhuǎn)向，易使駕駛員因轉(zhuǎn)向過重產(chǎn)生疲勞，影響駕駛安全性;如車輛高速轉(zhuǎn)向過輕，易使駕駛員因轉(zhuǎn)向手感發(fā)飄而失去路感，易發(fā)生過度轉(zhuǎn)向?qū)е萝囕v發(fā)生事故。本文主要對(duì)某車型低速行駛轉(zhuǎn)向沉重問題進(jìn)行分析、改進(jìn)。

1 故障

1.1 概述

在試驗(yàn)跑道對(duì)某車型試驗(yàn)車進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)時(shí)，發(fā)現(xiàn)車輛原地及低速（30km/h以下）轉(zhuǎn)向行駛時(shí)轉(zhuǎn)向沉重，繼而對(duì)某車型試驗(yàn)車進(jìn)行原地及10km/h車速沿雙紐線行駛兩種工況轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向力矩測(cè)試，并與標(biāo)桿、競(jìng)品車型進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)及測(cè)試數(shù)據(jù)（10km/h車速沿雙紐線行駛轉(zhuǎn)向工況）對(duì)比，見下圖1、圖2、表1：

從表1可知：某車型10km/h車速沿雙紐線行駛轉(zhuǎn)向工況時(shí)的轉(zhuǎn)向力矩比競(jìng)品略大，與標(biāo)桿水平相當(dāng)。

主觀評(píng)價(jià)：競(jìng)品車型原地及低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向力輕重適宜，某車型與標(biāo)桿水平相當(dāng)，轉(zhuǎn)向力均沉重。

基于主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)試，設(shè)置以競(jìng)品車型的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)為提升目標(biāo)值。下文對(duì)低速行駛轉(zhuǎn)向沉重問題進(jìn)行分析、校核，并結(jié)合臺(tái)架測(cè)試、實(shí)車驗(yàn)證等方法對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.2 原因分析

此車型采用的是成熟的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向器為齒輪齒條式液壓助力轉(zhuǎn)向器。簡(jiǎn)述下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作的原理，方向盤輸入力矩，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向管柱軸、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)向器的輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)，固定其上的齒輪會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，撥動(dòng)與其相嚙合的齒條運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，轉(zhuǎn)向器輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥開始工作，進(jìn)油口與一側(cè)油路通道相通，回油口連通另一側(cè)油路通道，動(dòng)轉(zhuǎn)泵輸出的壓力油由進(jìn)油口進(jìn)入一側(cè)油缸，使轉(zhuǎn)向器左右液壓缸產(chǎn)生壓力差，為轉(zhuǎn)動(dòng)提供助力。

根據(jù)以上轉(zhuǎn)向工作原理及結(jié)合轉(zhuǎn)向阻力影響因素分析，轉(zhuǎn)向沉重問題主要是以下原因?qū)е拢?/p>

（1）前輪胎壓不足;

（2）轉(zhuǎn)向管柱軸或轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸卡阻;

（3）動(dòng)力轉(zhuǎn)向油壺內(nèi)油位過低;

（4）動(dòng)力轉(zhuǎn)向油壺內(nèi)濾芯堵塞;

（5）動(dòng)轉(zhuǎn)泵皮帶打滑;

（6）動(dòng)轉(zhuǎn)泵提供的流量不足;

（7）轉(zhuǎn)向器力特性曲線設(shè)計(jì)不合理。

下文對(duì)以上問題原因進(jìn)行分析、驗(yàn)證、排查。

1.3 排查驗(yàn)證

經(jīng)過整車檢測(cè)、排查，發(fā)現(xiàn)前輪胎壓正常，動(dòng)力轉(zhuǎn)向油壺內(nèi)油位在max與min刻度線之間，油壺內(nèi)無堵塞，皮帶漲緊輪未松動(dòng)，動(dòng)轉(zhuǎn)泵皮帶漲緊力測(cè)試滿足要求，排除以上第1、3、4、5項(xiàng)原因;轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸與轉(zhuǎn)向器輸入軸斷開后，轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤未發(fā)現(xiàn)卡阻異常，排除第2項(xiàng)原因;更換動(dòng)轉(zhuǎn)泵后問題依然存在，且拆卸件臺(tái)架測(cè)試動(dòng)轉(zhuǎn)泵流量曲線符合設(shè)計(jì)要求，下面對(duì)動(dòng)轉(zhuǎn)泵流量及轉(zhuǎn)向器力特性曲線設(shè)計(jì)要求是否合理進(jìn)行分析。

分析轉(zhuǎn)向器力特性曲線，設(shè)計(jì)時(shí)定義助力油壓5MPa時(shí)的轉(zhuǎn)向輸入扭矩為4.0N.m（見圖3），因轉(zhuǎn)向器到方向盤之間有轉(zhuǎn)向管柱及轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸機(jī)械件相連，傳遞效率約為0.9，所以相應(yīng)的方向盤上的輸入扭矩設(shè)計(jì)值約為4.44N.m，與整車轉(zhuǎn)矩實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，隨對(duì)轉(zhuǎn)向器力特性曲線進(jìn)行分析。

轉(zhuǎn)向器力特性曲線是評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向器性能的一個(gè)重要指標(biāo)，通過力特性曲線可以得知輸入轉(zhuǎn)矩與輸出油壓的關(guān)系及左右轉(zhuǎn)向的對(duì)稱度等數(shù)據(jù)。因不同車型的結(jié)構(gòu)及前軸載荷不同，造成每款車型都需開發(fā)相匹配的轉(zhuǎn)向器力特性曲線，來提供舒適的轉(zhuǎn)向操縱手感。

轉(zhuǎn)向器力特性曲線與轉(zhuǎn)閥的開口大小有直接關(guān)系，在一定的流量情況下，助力油壓與閥口過流面積有關(guān)。

由液壓原理中微小流速伯努里方程可得節(jié)流口壓力差與流量、閥口過流面積的關(guān)系：

2 優(yōu)化方案

2.1 方案一：減小閥口過流面積

根據(jù)上述分析，調(diào)整轉(zhuǎn)向器輸入軸閥口對(duì)邊尺寸，由20.375mm調(diào)大為20.387mm，以此來減小輸入軸閥口與閥套之間的過流面積。

（1）某車型10km/h車速沿雙紐線行駛轉(zhuǎn)向工況時(shí)的轉(zhuǎn)矩比競(jìng)品略小;

（2）主觀評(píng)價(jià)：某車型原地及10km/h 的車速沿雙紐線路徑行駛轉(zhuǎn)向工況轉(zhuǎn)向力輕重適宜，無明顯的力矩波動(dòng)，與競(jìng)品水平相當(dāng);

經(jīng)過實(shí)車驗(yàn)證，方案一可解決此問題，原地及低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)矩水平與競(jìng)品相當(dāng)，優(yōu)于標(biāo)桿，再結(jié)合考慮增大動(dòng)轉(zhuǎn)泵流量方案變動(dòng)較大，所以暫不對(duì)動(dòng)轉(zhuǎn)泵進(jìn)行整改。

4 總結(jié)

1）經(jīng)以上分析、驗(yàn)證可知，減小閥口過流面積與增大動(dòng)轉(zhuǎn)泵流量可減小轉(zhuǎn)向器輸入扭矩，有效減小轉(zhuǎn)向力。

2）通過對(duì)比、排查、分析和標(biāo)桿、競(jìng)品調(diào)研等，確定了原地及低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向沉重問題原因和優(yōu)化方案，經(jīng)過臺(tái)架測(cè)試、實(shí)車驗(yàn)證，確定優(yōu)化方案有效，問題得以最終解決。

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