動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)主要部件匹配試驗與臺架試驗相互間的關(guān)系和差異，揭示了產(chǎn)生這些差異的原因，闡述了動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)匹配的相關(guān)注意事項，為動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的匹配試驗研究和匹配評價提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；系統(tǒng)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(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重并伴有間斷性發(fā)滯。2010年3月份，某輕型客車在試驗場進(jìn)行性能試驗和主觀評價試驗時，駕駛員發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向過程中，轉(zhuǎn)向力矩不均勻，轉(zhuǎn)向手感很差，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能及主觀評價。

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

1.2試驗解決方案

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的儲油罐、動力轉(zhuǎn)向油泵、動力轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、高壓管以及各進(jìn)出油管都按實車安裝的形式進(jìn)行布置，以轉(zhuǎn)向油泵的進(jìn)油口為參照點，依次確定各部件的相對三維坐標(biāo)，分別在儲油罐的出油口、轉(zhuǎn)向油泵出油口、動力轉(zhuǎn)向器的進(jìn)出油口安裝真空傳感器或壓力傳感器。轉(zhuǎn)向油泵由變頻電機經(jīng)皮帶升速后驅(qū)動，用轉(zhuǎn)速傳感器測量油泵轉(zhuǎn)速。動力轉(zhuǎn)向器輸入端由伺服電機經(jīng)減速機構(gòu)驅(qū)動，在動力轉(zhuǎn)向器輸入端同時安裝轉(zhuǎn)矩傳感器和光軸編碼器，測量轉(zhuǎn)向器輸入轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)角度，在轉(zhuǎn)向器輸出端施加模擬載荷，轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向傳動軸通過特制試驗夾具固定在試驗臺臺架上，并根據(jù)試驗要求調(diào)整十字萬向節(jié)角度。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、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(zhuǎn)向操縱機構(gòu)和轉(zhuǎn)向器匹配性能分析

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

2.2 轉(zhuǎn)向油泵和轉(zhuǎn)向器匹配性能分析

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

2.3 循環(huán)油路的評價方法、性能分析

整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的循環(huán)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(zhuǎn)向盤擾動而產(chǎn)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(huán)油路必定對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生影響。如何評價循環(huán)油路的好壞，對整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的評價是很重要的。結(jié)合系統(tǒng)匹配試驗經(jīng)驗及解決實際試驗問題總結(jié)，可以從如下幾個方面對循環(huán)油路的性能進(jìn)行考核。

2.3.1 油液抽吸能力

循環(huán)油路中接頭較多，油管材質(zhì)既有橡膠的，也有銅質(zhì)的。由于管路的密封質(zhì)量以及管路中的存量空氣，當(dāng)油液在管路中循環(huán)時可能會引起乳化或產(chǎn)生氣泡，而當(dāng)油液乳化或產(chǎn)生氣泡時，可能會引起氣穴噪聲，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力性能下降。為了檢測轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油液抽吸能力，可將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)調(diào)至水平狀態(tài)，向儲油罐中加注規(guī)定的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向油泵至1000r/min，并保持2min （液壓助力轉(zhuǎn)向器不工作）；運行轉(zhuǎn)向器在全行程的90%范圍內(nèi)空載轉(zhuǎn)動5次以上；將儲油罐中油液維持到允許的最低液面，系統(tǒng)再運行2min后檢查儲油罐中油液是否有乳化現(xiàn)象，轉(zhuǎn)向油泵是否有氣穴噪聲。

2.3.2 傾斜吸油能力

循環(huán)油路中還應(yīng)考慮儲油罐與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的匹配，儲油罐除了為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供適量容積的油液、散熱、過濾油中雜質(zhì)外，在匹配試驗中更應(yīng)考慮在實際路況中（如上坡、下坡、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)）儲油罐的容量設(shè)計是否合理，油液是否產(chǎn)生漩渦、氣泡、乳化等不利現(xiàn)象。當(dāng)儲油罐中油液位于最小液面處時，將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)調(diào)整到直線行駛位置，啟動轉(zhuǎn)向油泵至一定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)坡度、右轉(zhuǎn)坡度，觀察儲油罐出油口的現(xiàn)象。

2.3.3 系統(tǒng)壓降

油管的長短、粗細(xì)、形狀都會引起壓降?？梢酝ㄟ^測量系統(tǒng)壓降（包括吸油真空度、轉(zhuǎn)向油泵出油口壓力、轉(zhuǎn)向器進(jìn)油口壓力和出油口壓力）來評價循環(huán)油路的性能。使油液溫度穩(wěn)定在一定溫度（如30℃和80℃兩種情況） ，將轉(zhuǎn)向器調(diào)整至直行位置，調(diào)整轉(zhuǎn)向油泵轉(zhuǎn)速至500r /min，再慢慢增加其轉(zhuǎn)速至5000r/min，測量吸油真空度、轉(zhuǎn)向油泵出油口壓力、轉(zhuǎn)向器進(jìn)油口和出油口壓力與油泵轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。

3.結(jié)論

1.通過對動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的空載力矩特性、轉(zhuǎn)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(tǒng)壓降等的測量，并分別與獨立的動力轉(zhuǎn)向器的空載力矩特性轉(zhuǎn)向手力特性、轉(zhuǎn)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(shè)計指標(biāo)及臺架試驗結(jié)果相比較，通過分析，找出了產(chǎn)生差異的原因，對動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)問題，我們總結(jié)出：臺架試驗和臺架匹配試驗在整車開發(fā)中的重要作用。即節(jié)省了開發(fā)成本，又提高了開發(fā)進(jìn)度，整車開發(fā)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(shè)計開發(fā)中，設(shè)計人員無法充分考慮部件在系統(tǒng)中實際使用狀態(tài)以及不同使用狀態(tài)下性能存在的差異，必須結(jié)合各種實際試驗數(shù)據(jù)來指導(dǎo)和修正設(shè)計方案。

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