史為成（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某中型4×2載貨車轉(zhuǎn)向沉重問題的分析與改進(jìn)

史為成
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車轉(zhuǎn)向沉重問題是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中最常見的故障之一，其影響因素較為復(fù)雜。文章針對某4×2載貨車在超載使用工況下出現(xiàn)的轉(zhuǎn)向沉重問題，從整車匹配的角度進(jìn)行原因分析，并提出有效的改進(jìn)措施。通過深入的理論計(jì)算分析及相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證，有效地解決了轉(zhuǎn)向沉重的問題。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向沉重；分析；改進(jìn)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.041

CLC NO.: U463.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-114-03

引言

汽車轉(zhuǎn)向的輕便性直接影響到整車的操縱穩(wěn)定性能。轉(zhuǎn)向沉重的問題會(huì)影響到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各零部件的使用壽命，同時(shí)還極易使駕駛員產(chǎn)生駕駛疲勞，嚴(yán)重影響行車安全。某4×2載貨車采用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，市場反饋該車在實(shí)際使用過程中存在轉(zhuǎn)向沉重的現(xiàn)象，尤其在重載原地轉(zhuǎn)向時(shí)情況尤為嚴(yán)重，甚至存在打不動(dòng)方向的情況。經(jīng)調(diào)查，車輛使用時(shí)普遍超載，車輛總重可達(dá)18噸，前軸載荷在平坦路面上達(dá)6.5噸。本文以前軸實(shí)際使用載荷為依據(jù)，通過理論計(jì)算及系統(tǒng)參數(shù)的匹配分析，提出具體的改進(jìn)措施，滿足車輛超載工況的使用要求。所涉及的車輛基本配置如下表1。

表1　車輛基本配置

1、現(xiàn)有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向輕便性校核

從設(shè)計(jì)理論的角度進(jìn)行分析，影響車輛轉(zhuǎn)向沉重的主要因素有如下幾點(diǎn)：（1）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比設(shè)計(jì)是否合理。隨著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比的增大，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力傳動(dòng)比隨之增大，即轉(zhuǎn)向的靈敏性變差，轉(zhuǎn)向更加輕便。（2）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸出扭矩與轉(zhuǎn)向阻力矩的關(guān)系。如果轉(zhuǎn)向器最大輸出扭矩小于最大轉(zhuǎn)向阻力矩，車輛在重載使用時(shí)勢必會(huì)造成轉(zhuǎn)向沉重，甚至?xí)嬖诖虿粍?dòng)方向的情況。（3）液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中系統(tǒng)壓力、流量參數(shù)匹配不合理。系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向助力泵的最大工作壓力、控制流量與系統(tǒng)需求匹配不合理直接會(huì)造成系統(tǒng)故障，如轉(zhuǎn)向助力泵最大工作壓力、控制流量匹配過小，無法滿足系統(tǒng)需求，會(huì)直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重、轉(zhuǎn)向發(fā)卡的問題。該車現(xiàn)有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各元件主要結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)如下表 2、3所示。

表2　轉(zhuǎn)向器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比分析

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比i、轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比iw1及轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比iw2，三者之間的關(guān)系為i= iw1×iw2。

其中，Z：搖臂軸齒輪整圓齒數(shù)

m：搖臂軸齒輪模數(shù)

P：螺桿螺距

根據(jù)該車輛配置的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)參數(shù)可知，搖臂軸齒輪整圓齒數(shù)為10，搖臂軸齒輪模數(shù)為8mm，螺桿螺距13.5mm，則轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比

根據(jù)汽車設(shè)計(jì)手冊中角傳動(dòng)比的推薦值，貨車轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比值一般取 20～25，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比一般取0.85～1.1之間，故該車型轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比值偏小。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比越小，轉(zhuǎn)向輕便性越趨于沉重。

1.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力矩關(guān)系分析

1.2.1轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算

在干而粗糙的轉(zhuǎn)向輪支撐路面上做原地轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向條件較為惡劣，此時(shí)為車輛使用過程中轉(zhuǎn)向阻力矩最大的工況，所需的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸出扭矩也最大。下表4為計(jì)算原地轉(zhuǎn)向阻力矩所需的各參數(shù)及其數(shù)值。

表4　原地轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算所需參數(shù)

（1）根據(jù)半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算原地轉(zhuǎn)向阻力矩M：

根據(jù)汽車設(shè)計(jì)手冊中的算法計(jì)算原地轉(zhuǎn)向阻力矩Tr：

轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向阻力矩 Tr由轉(zhuǎn)向車輪相對于主銷軸線的滾動(dòng)阻力矩 T1、輪胎與地面接觸部分的滑動(dòng)摩擦力矩 T2以及轉(zhuǎn)向車輪的自動(dòng)回正力矩所形成的阻力矩 T3組成，即

1.2.2轉(zhuǎn)向器最大輸出扭矩的計(jì)算

轉(zhuǎn)向器的輸出力矩與工作缸徑、工作壓力、搖臂軸輪齒扇分度圓半徑有關(guān)。

(1)對接BEPS第5項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃成果，完成國內(nèi)稅法中有害稅收實(shí)踐規(guī)定的自查和同行審議。BEPS第5項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃成果《考慮透明度和實(shí)質(zhì)性因素，有效打擊有害稅收實(shí)踐》，重點(diǎn)關(guān)注與無形資產(chǎn)稅收優(yōu)惠制度有關(guān)的實(shí)質(zhì)性活動(dòng)的要求，以及提高透明度的問題。中國已經(jīng)就高新技術(shù)企業(yè)所得稅優(yōu)惠政策進(jìn)行了自我評估，雖然評估方法與AP-BEPS報(bào)告所建議的“關(guān)聯(lián)法”不完全一致，但其采用的標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)比“關(guān)聯(lián)法”更為嚴(yán)格。因此，中國自評和接受“有害稅收實(shí)踐論壇”主持的AP-BEPS其他成員國同業(yè)審查結(jié)論一致，中國高新技術(shù)企業(yè)所得稅優(yōu)惠政策不構(gòu)成有害稅收實(shí)踐，中國不必要也不會(huì)改變該項(xiàng)所得稅優(yōu)惠政策。

其中，D為轉(zhuǎn)向器缸徑；Pmax為助力轉(zhuǎn)向泵最大工作壓力；R為搖臂軸齒輪齒扇分度圓半徑。

1.3現(xiàn)有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向輕便性分析結(jié)論

通過以上理論計(jì)算分析，現(xiàn)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比偏小，另外，轉(zhuǎn)向器最大輸出扭矩Mmaxz與系統(tǒng)轉(zhuǎn)向阻力矩Mr相比偏小，在重載原地轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重、甚至打不動(dòng)方向的問題，這與該車實(shí)際使用的情況相符，即現(xiàn)有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能滿足超載等極限工況的使用要求。

2、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輕便性的優(yōu)化改進(jìn)

由以上分析可知，現(xiàn)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比相對偏小，影響轉(zhuǎn)向時(shí)輕便性，為此需增大轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。另外，轉(zhuǎn)向器的最大輸出扭矩小于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)向阻力矩是導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重的主要原因。為此需加大轉(zhuǎn)向器的缸徑以便增大轉(zhuǎn)向器的輸出扭矩。但增大轉(zhuǎn)向器的缸徑會(huì)相應(yīng)的增加系統(tǒng)成本和系統(tǒng)元件的布置難度，故轉(zhuǎn)向器的缸徑并非越大越好?？紤]到市場車輛實(shí)際超載使用的極限工況，對現(xiàn)有助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。改進(jìn)后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各元件主要結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)如下表5、6所示。

表5　轉(zhuǎn)向器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.1改進(jìn)后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比核算

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比 i'、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比三者關(guān)系如下：

其中，L2為改進(jìn)后轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度，其值為 225mm；L1為改進(jìn)后轉(zhuǎn)向搖臂長度，其值為215mm。

根據(jù)汽車設(shè)計(jì)手冊中角傳動(dòng)比的推薦值，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比值貨車一般取 20～25，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比一般取0.85～1.1之間。由以上計(jì)算結(jié)果可知，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比及轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比均滿足設(shè)計(jì)使用要求。

在轉(zhuǎn)向過程中，當(dāng)系統(tǒng)克服最大的轉(zhuǎn)向阻力時(shí)，系統(tǒng)的工作壓力達(dá)到最大值，此時(shí)系統(tǒng)的最大工作壓力：

其中，Mr為原地最大轉(zhuǎn)向阻力矩；D為轉(zhuǎn)向器缸徑；Pmax為助力轉(zhuǎn)向泵最大工作壓力；R為搖臂軸齒輪齒扇分度圓半徑；η為機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率，計(jì)算時(shí)取0.85。

此時(shí)系統(tǒng)最大工作壓力為13.9MPa小于助力轉(zhuǎn)向泵的最大工作壓力，故滿足使用要求。

2.3改進(jìn)后助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)流量核算

轉(zhuǎn)向助力泵必須提供合適的流量，轉(zhuǎn)向器才能有效的發(fā)揮作用。流量過大，系統(tǒng)背壓偏高，會(huì)使系統(tǒng)油溫升高迅速，對系統(tǒng)零部件壽命及系統(tǒng)的效率都不利；流量過小，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重，轉(zhuǎn)向滯后等問題的產(chǎn)出。

按照經(jīng)驗(yàn)公式系統(tǒng)實(shí)際所需流量比系統(tǒng)正常工作所需最小流量大2～3L/min。

其中，D為轉(zhuǎn)向器缸徑；n為駕駛員操作方向盤時(shí)轉(zhuǎn)速，一般貨車取 100r/min；t為螺桿螺距； QΔ為內(nèi)泄漏量，取ΔQ=1.5L/min。

由以上分析可知，所選轉(zhuǎn)向助力泵控制流量在理論計(jì)算值范圍內(nèi)，故滿足使用要求。

2.4改進(jìn)后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力矩關(guān)系核算

改進(jìn)后轉(zhuǎn)向器的最大輸出扭矩轉(zhuǎn)向器最大輸出扭矩

其中，D為轉(zhuǎn)向器缸徑；Pmax為助力轉(zhuǎn)向泵最大工作壓力；R為搖臂軸齒扇分度圓半徑。

轉(zhuǎn)向器最大輸出扭矩M'zmax＞原地轉(zhuǎn)向最大阻力矩 Mr，且有較大的輸出扭矩設(shè)計(jì)裕度M'zmax-Mr=5184-4084.9=1099 N·m，可以滿足本文所討論車型的超載工況的使用要求。

3、試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)以上的優(yōu)化改進(jìn)措施進(jìn)行了試制裝車，并且進(jìn)行了轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)，針對該車輛超載使用的工況進(jìn)行模擬加載，對轉(zhuǎn)向過程中的轉(zhuǎn)向力等參數(shù)進(jìn)行了測量。其試驗(yàn)測量結(jié)果如下表7，在前軸載荷超載（6.5t）的情況下原地轉(zhuǎn)向過程中，轉(zhuǎn)向沉重現(xiàn)象消失，整個(gè)轉(zhuǎn)向過程較為輕便。

4、結(jié)束語

本文針對某中型載貨車用戶使用過程中轉(zhuǎn)向沉重的問題進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，提出了造成該車型轉(zhuǎn)向沉重的主要原因，并制定了優(yōu)化改進(jìn)措施。通過優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比，提高轉(zhuǎn)向器輸出扭矩，對助力轉(zhuǎn)向泵的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配，使問題徹底解決，試驗(yàn)驗(yàn)證效果良好，消除了用戶的抱怨。該文所及方法和結(jié)論對類似問題的解決具有一定的借鑒作用。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造(下)[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[3] 汽車工程手冊》編輯委員會(huì).汽車工程手冊設(shè)計(jì)篇[M]. 北京:人民交通出版社,2001.

The steering heavy problem about a 4×2 medium size truck analysis and optimization

Shi Weicheng
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Heavy steering failure is one of the most common car faults, which factors are more complex.In this paper, a 4×2 truck in overload conditions occur using heavy steering problem, cause analysis from the perspective of the vehicle match, and propose effective measures for improvement. Computational analysis and experimental verification by the relevant depth theoretical, effective solution to the problem of heavy steering.

Steering system; Heavy steering; analysis; optimization

U463.4

A

1671-7988（2015）12-114-03

史為成，工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，現(xiàn)從事產(chǎn)品研發(fā)工作。