丁玲

（安徽江淮汽車股份有限公司）

汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車關(guān)鍵零部件之一，其中液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是相對成熟且應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)。如果操縱方向盤感到手力過重，便不能敏捷地轉(zhuǎn)動方向盤，使駕駛員因勞動強度過大而產(chǎn)生疲勞；如果操縱方向盤的力矩設(shè)置過輕，會使駕駛員產(chǎn)生手感“發(fā)飄”而失去路感，難于控制汽車的方向。因此，合理設(shè)置方向盤力矩是提高整車駕駛舒適性的重要指標(biāo)。根據(jù)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)手力沉重測試曲線走向，轉(zhuǎn)向沉重可分為全行程沉重、末端沉重及波動沉重3類。文章將結(jié)合實例對3種手力沉重問題進行原因解析及實例優(yōu)化。

1 全行程手力沉重問題實例分析

1.1 現(xiàn)象描述

在某車型上進行操縱穩(wěn)定性試驗的原地轉(zhuǎn)向手力矩測試[1]，測試結(jié)果為轉(zhuǎn)動方向盤的全行程作用在方向盤上的手力矩都很大，測試結(jié)果，如圖1所示。從圖1中可以看出，方向盤平均作用力矩在5 N·m左右。

1.2 原因及排查

導(dǎo)致全行程轉(zhuǎn)向沉重的原因有多種，通常4種常見的原因及排查方法如下。

1）密封環(huán)磨損或剪切導(dǎo)致內(nèi)泄漏超標(biāo)。排查方法：通過對問題車型進行路試后拆車，然后對拆下的轉(zhuǎn)向器進行拆解分析，看是否出現(xiàn)相應(yīng)的問題。最終發(fā)現(xiàn)密封環(huán)未損壞，故該原因排除。

2）轉(zhuǎn)向拉桿球頭不靈活。排查方法：對拆下的轉(zhuǎn)向器進行轉(zhuǎn)向拉桿球頭靈活性測試（多方位轉(zhuǎn)動球頭），并未感到球頭運動遲滯，且向各方位都能自由轉(zhuǎn)動，故該原因排除。

3）轉(zhuǎn)向器調(diào)整不當(dāng)。排查方法：為問題車型更換同規(guī)格轉(zhuǎn)向器，發(fā)現(xiàn)問題依然存在，故可排除是轉(zhuǎn)向器調(diào)整不當(dāng)所致。

4）轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向力矩設(shè)計過重。排查方法：查找轉(zhuǎn)向器閥特性設(shè)計參數(shù)，設(shè)計定義油壓為5 MPa時轉(zhuǎn)向器扭桿輸入扭矩為5 N·m，與圖1的測試曲線結(jié)果相對應(yīng)。因此，該問題由轉(zhuǎn)向器閥特性手力設(shè)計參數(shù)偏大導(dǎo)致。

1.3 優(yōu)化措施及結(jié)果

重新定義轉(zhuǎn)向器閥特性設(shè)計參數(shù)，油壓為5 MPa時對應(yīng)轉(zhuǎn)向器扭桿輸入扭矩為4 N·m[2]。

對轉(zhuǎn)向器閥特性變更后，重新進行原地手力矩測試，結(jié)果如圖2所示，手力矩變?yōu)? N·m，達到電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)手力輕便性水平[3]。

2 轉(zhuǎn)向末端手力沉重問題實例分析

2.1 現(xiàn)象描述

在某車型上進行操縱穩(wěn)定性試驗的原地轉(zhuǎn)向手力矩的測試[1]，測試結(jié)果，如圖3所示。圖3上顯示，方向盤從450°開始打至600°時，手力矩從4 N·m開始上升到9 N·m；反向打方向盤從400°開始，手力矩也開始上升。因此，方向盤正反向打到底時均存在助力不足的情況，且助力不足的角度范圍較大。

2.2 原因及排查

由于方向盤打至末端時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將達到最高工作壓力，此時動力轉(zhuǎn)向泵提供最高工作壓力，所以末端手力大小主要受動力轉(zhuǎn)向泵的最高工作壓力控制。

動力轉(zhuǎn)向泵最高工作壓力的設(shè)定值取決于轉(zhuǎn)向器對輪胎作用的最大推力加拉力，而最大推力加拉力為轉(zhuǎn)向器的最大齒條力[4]，因此需按式（1）重新計算最大齒條力：

式中：F——最大齒條力，N；

M——原地轉(zhuǎn)向摩擦阻力矩與重力回正力矩之和，N·m；

S——轉(zhuǎn)向梯形有效作用力臂，mm。

根據(jù)F計算結(jié)果推算動力轉(zhuǎn)向泵油壓[4]最高應(yīng)為：

式中：P——動力轉(zhuǎn)向泵最高工作壓力，MPa；

D——轉(zhuǎn)向器液壓缸內(nèi)徑，D=44 mm；

d——轉(zhuǎn)向器齒條外徑，d=27.7 mm。

圖紙設(shè)計最高工作壓力在7.5～8.2 MPa，由式（2）可知，系統(tǒng)所需的最高工作壓力（8.12 MPa）在該范圍內(nèi)。對問題車型進行實車測試，得到方向盤打到末端時轉(zhuǎn)向泵的最高工作壓力為7.5 MPa，小于系統(tǒng)所需的8.12 MPa。轉(zhuǎn)向泵最高工作壓力受內(nèi)部滑閥結(jié)構(gòu)控制，圖4示出轉(zhuǎn)向泵內(nèi)部滑閥的結(jié)構(gòu)示意圖，滑閥的最高壓力是通過調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力來調(diào)節(jié)的。從圖4可以看出，鋼球在彈簧的作用下緊壓在閥座的錐面上，將滑閥內(nèi)部密封起來。當(dāng)外部壓力增加時，鋼球與閥座的作用力迅速減小，在閥座錐面的粗糙度、圓度及液壓油在傳遞時的壓力波動等的影響下，鋼球和閥座的密封會有輕微的泄露，并且隨著壓力的增高而泄露量加大，所以在設(shè)計最高工作壓力時應(yīng)使最高工作壓力低限值高于系統(tǒng)所需的壓力。

2.3 優(yōu)化措施及結(jié)果

由前述可知，轉(zhuǎn)向泵最高工作壓力不是一個值而是一個范圍。因此將動力轉(zhuǎn)向泵最高工作壓力范圍從7.5～8.2 MPa提高至8.2～8.8 MPa，來改善末端手力矩沉重的問題。

重新對整改后的車型進行原地轉(zhuǎn)向手力矩測試[1]，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，0～600°時轉(zhuǎn)向手力矩均為4 N·m，600°時轉(zhuǎn)向軟止點限位手力矩才開始上升。末端助力不足且助力不足的角度范圍較大的問題得以解決。

3 波動沉重問題實例分析

3.1 現(xiàn)象描述

在某車型上進行操縱穩(wěn)定性試驗的原地轉(zhuǎn)向手力矩測試[1]，全行程轉(zhuǎn)動方向盤時感覺手力矩時重時輕，測試結(jié)果，如圖6所示。

3.2 原因分析及排查

從圖6可以看出，手力矩曲線呈正弦波動，高峰為6 N·m，低谷為4 N·m，所以打方向盤的過程中會有時重時輕的感覺。這種波動通常是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置不合理所致。

對問題車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置進行重新校核，如圖7所示，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向管柱、中間軸及轉(zhuǎn)向器輸入軸之間的夾角 α1為 157.8°，α2為 153.8°，中間軸兩端萬向節(jié)平面夾角 γ1，2為 38.6°。計算力矩波動為 20%，如圖 8 所示。設(shè)計要求力矩波動通常＜5%，所以此車力矩波動嚴重超差。

3.3 優(yōu)化措施及結(jié)果

重新布置轉(zhuǎn)向管柱、中間軸及轉(zhuǎn)向器輸入軸間的夾角[5]，設(shè)計輸入 α1=α2，實際設(shè)計 α1=155.8°，α2=155.7°，γ1，2=15.5°，力矩波動計算為 0.1%，小于 5%，波動滿足設(shè)計要求。圖9示出對問題車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化布置，圖10示出優(yōu)化后力矩波動計算圖。

在問題車型上更換優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并重新進行原地轉(zhuǎn)向手力矩的測試[1]，測試結(jié)果，如圖11所示。從圖11可以看出，手力矩曲線趨近于直線，力矩波動問題得到解決。

4 結(jié)論

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)手力沉重的原因有很多，文章通過理論分析與試驗相結(jié)合的方法，找出了3種導(dǎo)致轉(zhuǎn)向手力沉重的主要原因，并提出優(yōu)化轉(zhuǎn)向器閥特性曲線、動力轉(zhuǎn)向泵最高工作壓力及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)幾何布置3項整改方案，經(jīng)樣車試驗驗證整改方案可行有效，手力沉重問題得以解決。

文章主要闡述試驗數(shù)據(jù)能反映理論設(shè)計的缺陷，理論分析能讓試驗更有針對性，在解決實際問題時，必須理論分析試驗數(shù)據(jù)，對癥下藥，制定最有效的措施，文中應(yīng)用的理論分析和試驗驗證的思路和方法為后續(xù)車型出現(xiàn)類似問題提供借鑒意義和指導(dǎo)作用。目前文章提供的整改方案僅針對類似問題的推薦，動力轉(zhuǎn)向泵流量參數(shù)的修改也是改善手力沉重問題的重要方法。