趙贏

(中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)臺(tái)架耐久試驗(yàn)研究

趙贏

(中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

通過(guò)分析液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各子零件的臺(tái)架耐久試驗(yàn)，提出了采用5通道試驗(yàn)臺(tái)模擬系統(tǒng)耐久試驗(yàn)。以某轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)了全壽命周期耐久臺(tái)架試驗(yàn)規(guī)范，為進(jìn)一步研究系統(tǒng)耐久打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；臺(tái)架耐久試驗(yàn)；5通道試驗(yàn)臺(tái)

0 引言

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)(1)主要由油壺、液壓油管(高壓管、低壓管、冷凝管)、轉(zhuǎn)向輸入軸、中間軸、液壓轉(zhuǎn)向器、調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)等組成一個(gè)有機(jī)整體，具有傳遞助力、反饋路感和防盜功能，如圖1為系統(tǒng)三維裝配結(jié)構(gòu)圖。

作為車輛上一個(gè)極其重要的系統(tǒng)，其耐久性的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)車輛的使用壽命和客戶對(duì)車輛品牌的評(píng)價(jià)，因而具有重要的研究意義。

文中詳細(xì)地分析了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各子零件的臺(tái)架耐久試驗(yàn)方法的差異性，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際使用工況和環(huán)境，提出了采用5軸系統(tǒng)試驗(yàn)來(lái)綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)耐久性，進(jìn)一步全面地考核系統(tǒng)的耐久性能和發(fā)現(xiàn)各子零件耦合后產(chǎn)生的異常現(xiàn)象。

1 系統(tǒng)中各子零件耐久試驗(yàn)對(duì)比分析

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中各子零件臺(tái)架耐久試驗(yàn)主要考核車輛實(shí)際行駛工況下(冬季、夏季；轉(zhuǎn)彎、直行、上坡、下坡、前進(jìn)、后退；瀝青路面、壞路；極限駕駛、正常駕駛等)，各子零件在不同溫度(環(huán)境溫度)、油溫、負(fù)載(轉(zhuǎn)向拉桿兩端載荷)等條件下的耐久性，如轉(zhuǎn)向機(jī)缸筒和活塞密封耐久性、轉(zhuǎn)向管柱動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)疲勞、轉(zhuǎn)向機(jī)駐車耐久等，具體如表1—4所示。

表1 轉(zhuǎn)向器耐久試驗(yàn)

注：pmax為最大工作油壓；Tmax為最大工作油溫；RT.為室溫(25±3) ℃；Fmax為最大設(shè)計(jì)載荷

表2 轉(zhuǎn)向管柱耐久試驗(yàn)

注：RT.為室溫(25±3) ℃

表3 轉(zhuǎn)向油管耐久試驗(yàn)

注：RT.為室溫(25±3) ℃

表4 轉(zhuǎn)向油泵耐久試驗(yàn)

注：pmax為最大工作油壓；RT.為室溫(25±3) ℃

由表1—4可以看出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各子零件耐久試驗(yàn)主要考慮幾個(gè)方面：

(1)路面沖擊對(duì)零件的影響，如轉(zhuǎn)向軸承、壓塊間隙等；

(2)溫濕度、光照老化對(duì)橡膠件的影響，如油管、油泵密封件等；

(3)行駛工況變化對(duì)零件的影響，如駐車耐久試驗(yàn)(圖2)、全壽命耐久試驗(yàn)(圖3)等。

為更好地評(píng)價(jià)單個(gè)零件的耐久性能，又可以評(píng)價(jià)各子零件間聯(lián)接的可靠性，更能接近實(shí)車，可考慮整個(gè)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)耐久性，綜合溫濕度、路面沖擊，前橋載荷等。

2 系統(tǒng)試驗(yàn)

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)不僅可以考核整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，如背壓、突然轉(zhuǎn)向時(shí)力矩變化、坑洼路面的方向盤沖擊、俘獲、噪聲等性能，而且可以通過(guò)五軸系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)嚴(yán)格考核系統(tǒng)中各零件耐久和相關(guān)連接件耐久，更能模擬轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整個(gè)生命周期的壽命試驗(yàn)，進(jìn)而可取代整車路試對(duì)系統(tǒng)耐久考核。試驗(yàn)過(guò)程中需注意：

(1)滿足各零件硬點(diǎn)布置要求(三維空間)；

(2)螺母、螺栓等擰緊力矩與實(shí)車一致；

(3)油管走向與實(shí)車一致，拉桿載荷譜能再現(xiàn)實(shí)車路譜或者等效；

(4)模擬環(huán)境溫濕度控制。

作者根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，深入分析研究，提出采用5軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)耐久試驗(yàn)。

2.1 系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)架為5通道獨(dú)立伺服控制液壓操縱系統(tǒng)，如圖4所示，其原理圖如圖5所示。

2.2 系統(tǒng)全壽命耐久試驗(yàn)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)全壽命耐久是模擬整車使用壽命內(nèi)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的壽命，即模擬不同溫度(冬季、夏季)、不同路面(瀝青路、山路等)、不同工況(緊急避險(xiǎn)、駐車等)、不同載重(輕載、滿載)條件下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等整個(gè)使用壽命范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、拉桿載荷、循環(huán)次數(shù)、溫度的正交組合，其臺(tái)架試驗(yàn)可以通過(guò)5通道試驗(yàn)臺(tái)來(lái)完成；它由4個(gè)高精度直線液壓伺服缸和1個(gè)高精度的旋轉(zhuǎn)液壓伺服缸組成。兩個(gè)水平作動(dòng)器可精確模擬轉(zhuǎn)向拉桿兩端載荷，兩個(gè)垂直作動(dòng)器模擬拉桿兩端擺動(dòng)，旋轉(zhuǎn)伺服缸模擬方向盤轉(zhuǎn)角。

試驗(yàn)載荷。采集整車普通道路耐久拉桿載荷、拉桿擺動(dòng)角度、方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤速度、車速、溫度等，通過(guò)時(shí)域路譜、頻率功率譜、穿級(jí)計(jì)數(shù)等方法簡(jiǎn)化后通過(guò)伺服液壓系統(tǒng)再現(xiàn)。

試驗(yàn)次數(shù)： 計(jì)算不同組合下的循環(huán)次數(shù)。

以某轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)如下全壽命周期的臺(tái)架耐久試驗(yàn)，一個(gè)大循環(huán)載荷角度分布見(jiàn)表5，具體大循環(huán)次數(shù)以實(shí)車數(shù)據(jù)采集為準(zhǔn)。

臺(tái)架搭建。整個(gè)系統(tǒng)按照實(shí)車三維空間坐標(biāo)布置，進(jìn)油管、回油管、吸油管走向與實(shí)車一致；溫度載荷可通過(guò)環(huán)境箱模擬；螺母、卡箍、擰緊力矩按照設(shè)計(jì)圖紙。

表5 1個(gè)大循環(huán)壽命耐久試驗(yàn)

3 總結(jié)

詳細(xì)分析了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各子零件的臺(tái)架耐久試驗(yàn)，提出了采用5通道試驗(yàn)臺(tái)模擬系統(tǒng)耐久試驗(yàn)。以某轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)了全壽命耐久臺(tái)架試驗(yàn)規(guī)范，為進(jìn)一步研究系統(tǒng)耐久打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

【1】 程飛，顏堯，李玉琴，等．汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)匹配試驗(yàn)研究[J]．汽車工程，2008，30(7)：18-20.

StudyonDurabilityBenchTestforHydraulicPowerSteeringSystem

ZHAO Ying

(China Automotive Engineering Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 401122,China)

Through the analysis of bench durability test of each subsystem of hydraulic power steering system, the 5-channel test rig was presented to simulate system durability test.Taking a steering system as an example, the whole life cycle durability bench test specification was designed.It provides a foundation for the further study of system durability.

Hydraulic power steering system; Durability bench test; 5-channel test bench

2014-07-10

趙贏(1980—)，男，本科，工程師，研究方向?yàn)槠囋囼?yàn)測(cè)試。E-mail：ccarizhaoying@sina.com。