李 杰

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

早期的汽車轉向是沒有任何助力裝置的，全靠駕駛員的體力作為轉向動力源。目前，仍可以看到在一些老款的車型上，也沒有任何轉向助力的裝置，當汽車在原地打方向時，沉重的感覺令人印象深刻。鑒于駕駛操縱的舒適性和安全性，人們發(fā)明了各種轉向助力系統(tǒng)。

轉向助力按助力源不同，可分為機械液壓助力轉向、電液助力轉向和電動助力轉向。鑒于篇幅，本文僅針對最常見的機械液壓助力轉向—齒輪齒條式液壓助力轉向系統(tǒng)進行闡述。

齒輪齒條式液壓助力轉向已有較長的應用歷史了，國內幾家轉向機廠設計和加工制造技術都相當成熟。在筆者處理過的轉向沉重的問題中，極少遇到是由轉向機本身問題引發(fā)的轉向沉重，絕大部分是由于轉向助力泵輸出流量異常導致。

液壓轉向系統(tǒng)由轉向油壺，吸油管，高壓油管，回油管，轉向助力泵，轉向機等幾大件構成。當發(fā)動機啟動后，帶動轉向泵將轉向液流動起來。在轉向時，轉向液在轉向機控制閥管控下瞬時輸入到轉向機相應的助力缸里形成液壓，推動轉向機活塞向另一方向運動而產生助力，使轉向輕便，這就是液壓轉向的基本原理。目前，國內銷量靠前的幾款緊湊車型都采用此形式。下圖1是液壓轉向工作原理。

圖1 液壓轉向工作原理

1 轉向沉重和轉向助力泵功能概述

1.1 確認轉向沉重失效模式

在接收到問題反饋，查看車輛時，存在兩種失效模式:

（1）原地勻速打方向時，存在沉重或者突然發(fā)生沉重現象，撥動方向盤力度同未啟動發(fā)動機一樣，此時轉向助力消失，可確認為轉向沉重。

（2）原地快速撥動方向盤，方向盤有遲滯感。這種故障會在路邊泊車時體現出轉向沉重，這是轉向沉重的另一種失效模式。

1.2 明確轉向沉重發(fā)生工況

轉向助力是在駕駛員需要助力的時候，要及時產生助力，如車輛開動前的原地轉向，低速轉彎，路邊車位的泊車等，這些情況都有個共同的特點：車速低，大幅度、迅速地轉動方向盤。在這種工況下，如果助力失效，駕駛員會非常容易察覺。在其他如高速行車，城市主干道行駛的駕駛條件下，駕駛者轉向時不需要太大的助力，反而要求轉向系統(tǒng)能提供穩(wěn)定的操控：輕微撥動方向盤，車輛也不會出現大幅擺動發(fā)擺的現象。

1.3 轉向助力泵工作原理

液壓轉向助力泵主要功能：

一是，要源源不斷的輸出油液到轉向機不同的油缸，推動活塞左右運動，實現轉向助力。

二是，對輸出的油液流量調節(jié)和對整個轉向系統(tǒng)油液壓力的控制，確保轉向穩(wěn)定和液壓轉向系統(tǒng)安全。

2 轉向助力泵詳解

目前，轎車上使用最常見的是葉片助力泵。其組成結構如圖2所示。

圖2 葉片助力泵結構

2.1 葉片助力泵關鍵的子零件及功能

（1）皮帶輪：連接發(fā)動機，提供驅動力給助力泵。

（2）壓力開關（僅針對小排量汽油機）：怠速時，助力泵工作時內壓力升高，助力泵轉動的阻力會降低發(fā)動機轉速，可能導致發(fā)動機熄火。當泵內產生一定壓力時，壓力開關傳遞信號給ECU，促使發(fā)動機開放一定節(jié)氣門，提高發(fā)動機轉速，防止熄火。

（3）出油口接頭：連接高壓管，同時提供助力泵出油口處高壓油泄壓時的通道。定子、轉子、葉片、配油盤、后蓋組成容積不同的空間，隨著轉子的轉動，容積變化，油液被轉移到不同區(qū)域（從吸入口到吐出口），不斷吐出油液，如圖3所示。

圖3 葉片轉子工作示意

（4）壓力流量調節(jié)閥（滑閥）：輸出流量控制，系統(tǒng)壓力控制，如圖4所示。

圖4 壓力流量調節(jié)閥示意

2.2 轉向助力泵工作原理

圖5為轉向助力泵油路及工作時油液走向。其工作原理為：

（1）流量輸出

發(fā)動機啟動后，葉片、轉子、定子組成不斷變化的容積，把油液不斷的從吸入口（淺色）轉移到吐出口（深色），不斷的輸出油液給到轉向機。

（2）壓力流量控制

發(fā)動機轉速升高時（超過1 100轉）：流量輸出增加，系統(tǒng)壓力升高，滑閥受壓稍向后移動，高壓的油液通過打開的通道（泄流通道）返回到助力泵吸油口（低壓）處，使輸出流量降低。

（3）當方向盤打到底時

系統(tǒng)內壓力急劇升高，上述滑閥后移已不足以調節(jié)使流量降低從而壓力降低，此時高壓油液通過出油口接頭（高壓）上的小孔通道到滑閥后端的黃色小球處，壓力頂開小球，返回到助力泵吸油口處（低壓）—此通道為泄壓通道。此時滑閥后端壓力小于前端，滑閥大幅后移，形成大的泄流通道，降低轉向液壓系統(tǒng)內的壓力，保證管路等零部件安全。

圖5 轉向助力泵油路及工作時油液走向

3 失效模式分析

3.1 流量調節(jié)異常

在多起快打方向盤有遲滯感的助力泵故障分析中，在滑閥調節(jié)桿和出油口接頭的配合處（下圖圈內）發(fā)現棉絮、橡膠皮屑和金屬小顆粒等異物雜質。

異物的存在導致滑閥在閥孔里面的自如運動受阻，滑閥無法關閉泄流通道，助力泵的輸出流量無法正常調節(jié)，助力泵輸出流量偏小，需要推動轉向機活塞的油液不能及時提供，迅速轉向時助力不能及時體現出來，從而導致有遲滯感。

圖6 調節(jié)閥在轉向泵中示意

3.2 流量輸出異常

在方向盤朝一側打到底時，轉向液壓系統(tǒng)內壓力急劇升高，油液經出油口接頭的小孔，通過滑閥的閥座，頂開黃色小球（小球同閥座形成縫隙），返回到助力泵的吸油口處，形成泄壓通道。此時，滑閥前面壓力大，后面壓力小，滑閥向后移動，泄流通道大幅打開，使整個系統(tǒng)壓力保持在一個穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，不再繼續(xù)升高，保證系統(tǒng)零件的安全。油液在通過小球時（與閥座形成的縫隙），油液中的部分雜質難通過此縫隙，會卡在小球和閥座之間。這樣，泄壓通道常開，泄流通道也導致大幅打開，導致轉向泵輸出流量基本為0。沒有油液輸入到轉向機形成助力，這時，再轉動方向盤，操縱感覺是非常的沉重。

圖7 壓力流量調節(jié)閥

4 總裝裝配及改善措施

通過失效件的分析，可確定異物進入轉向泵是造成轉向沉重最主要的原因。改善措施如下：

（1）零部件改善

通過在閥座上增加濾網（如上圖所示綠色），過濾異物，減少異物通過小球，降低小球被墊起，泄壓通道常開的幾率。濾網一般由2層組成，第一層60目，第二層100目。

此措施采取后，經4個月跟蹤，市場問題反饋故障降低85%。

（2）供應商裝配環(huán)境改善

供應商原來的裝配車間為敞開式管理，整個車間對進出人員及著裝無明確規(guī)范和管理。現車間入口增加風淋門，員工使用防塵防靜電服，并對車間5S進行明確和落實。車間操作員工和管理人員對異物控制的認識有明顯提升。

（3）主機廠裝配注意事項

由于助力泵一般在發(fā)動機部裝完成裝配，裝配時要注意：在裝配完助力泵后，不要提交拔掉泵出油口和進油口防塵帽，避免異物進入；在連接吸油膠管和泵進油口時，一定到注意對準安裝，不能強行將膠管推進。防止在裝配時，膠管內壁被吸油口接頭剝落橡膠皮。

5 結束語

通過對故障件的分析，確認異物是造成液壓轉向沉重的主要原因。異物的控制及轉向泵泄壓結構的改善對解決該問題有很明顯的幫助。