黃善女 孫云峰

【摘要】分析了汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要部件匹配試驗(yàn)與臺(tái)架試驗(yàn)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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)匹配的相關(guān)注意事項(xiàng)，為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的匹配試驗(yàn)研究和匹配評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；系統(tǒng)匹配；匹配性能

1.試驗(yàn)問(wèn)題回顧及解決方案

1.1試驗(yàn)問(wèn)題回顧

2009年12月份，某轎車在試驗(yàn)場(chǎng)性能試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)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(yàn)場(chǎng)進(jìn)行性能試驗(yàn)和主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)時(shí)，駕駛員發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向過(guò)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(píng)價(jià)。

此類問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因是：在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，沒(méi)有利用臺(tái)架試驗(yàn)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(méi)有利用臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證并修正設(shè)計(jì)方案。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各部件設(shè)計(jì)參數(shù)選取時(shí)，由于沒(méi)有利用臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證循環(huán)管路阻尼大小對(duì)轉(zhuǎn)向器阻力矩，轉(zhuǎn)向器流量等的影響，只根據(jù)理論計(jì)算確定轉(zhuǎn)向器總成參數(shù)、轉(zhuǎn)向泵型號(hào)，各段管路管徑等，從而造成動(dòng)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(shí)，方向盤、轉(zhuǎn)向管柱、萬(wàn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸等組成的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向柱連接。

1.2試驗(yàn)解決方案

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的儲(chǔ)油罐、動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、高壓管以及各進(jìn)出油管都按實(shí)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(diǎn)，依次確定各部件的相對(duì)三維坐標(biāo)，分別在儲(chǔ)油罐的出油口、轉(zhuǎn)向油泵出油口、動(dòng)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(jī)經(jīng)皮帶升速后驅(qū)動(dòng)，用轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量油泵轉(zhuǎn)速。動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輸入端由伺服電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，在動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輸入端同時(shí)安裝轉(zhuǎn)矩傳感器和光軸編碼器，測(cè)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(dòng)軸通過(guò)特制試驗(yàn)夾具固定在試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)架上，并根據(jù)試驗(yàn)要求調(diào)整十字萬(wàn)向節(jié)角度。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、變頻電機(jī)、伺服電機(jī)、模擬加載器都集成到鐵地板上。

2.各部件性能對(duì)比分析

2.1轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向器匹配性能分析

根據(jù)QC/T 529-2000汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器總成臺(tái)架試驗(yàn)方法可知：空載力矩試驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)向器不加載、不供動(dòng)轉(zhuǎn)油，所以，空載轉(zhuǎn)向力矩試驗(yàn)排除了循環(huán)管路、儲(chǔ)油罐、轉(zhuǎn)向器負(fù)載等對(duì)轉(zhuǎn)向器性能的影響，轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向器匹配空載力矩試驗(yàn)主要用于考核和評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中十字萬(wàn)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(dòng)力轉(zhuǎn)向器在臺(tái)架試驗(yàn)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(shí)，就能產(chǎn)生6.9MPa的工作壓力，該轉(zhuǎn)向器在臺(tái)架試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的對(duì)稱性和很好的助力，也符合設(shè)計(jì)要求，即在輸入轉(zhuǎn)矩為6～8N·m 時(shí)產(chǎn)生6.9MPa的壓力。轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向器助力的核心部件，然而其動(dòng)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(tái)架試驗(yàn)時(shí)的流量特性。

2.3 循環(huán)油路的評(píng)價(jià)方法、性能分析

整個(gè)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(guò)程中由于路面沖擊和轉(zhuǎn)向盤擾動(dòng)而產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)；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(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生影響。如何評(píng)價(jià)循環(huán)油路的好壞，對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的評(píng)價(jià)是很重要的。結(jié)合系統(tǒng)匹配試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)及解決實(shí)際試驗(yàn)問(wèn)題總結(jié)，可以從如下幾個(gè)方面對(duì)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(shí)可能會(huì)引起乳化或產(chǎn)生氣泡，而當(dāng)油液乳化或產(chǎn)生氣泡時(shí)，可能會(huì)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(cè)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(chǔ)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(bǔ)充加注油液至最大允許液面；啟動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵至1000r/min，并保持2min （液壓助力轉(zhuǎn)向器不工作）；運(yùn)行轉(zhuǎn)向器在全行程的90%范圍內(nèi)空載轉(zhuǎn)動(dòng)5次以上；將儲(chǔ)油罐中油液維持到允許的最低液面，系統(tǒng)再運(yùn)行2min后檢查儲(chǔ)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(chǔ)油罐與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的匹配，儲(chǔ)油罐除了為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供適量容積的油液、散熱、過(guò)濾油中雜質(zhì)外，在匹配試驗(yàn)中更應(yīng)考慮在實(shí)際路況中（如上坡、下坡、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)）儲(chǔ)油罐的容量設(shè)計(jì)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(chǔ)油罐中油液位于最小液面處時(shí)，將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)調(diào)整到直線行駛位置，啟動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵至一定轉(zhuǎn)速，再慢慢地傾斜儲(chǔ)油罐固定支架，分別模擬實(shí)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(chǔ)油罐出油口的現(xiàn)象。

2.3.3 系統(tǒng)壓降

油管的長(zhǎng)短、粗細(xì)、形狀都會(huì)引起壓降。可以通過(guò)測(cè)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(lái)評(píng)價(jià)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(cè)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(guò)對(duì)動(dòng)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(cè)量，并分別與獨(dú)立的動(dòng)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(chǔ)油罐的容量和允許傾斜角、高壓管等的設(shè)計(jì)指標(biāo)及臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果相比較，通過(guò)分析，找出了產(chǎn)生差異的原因，對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的匹配試驗(yàn)研究和匹配效果評(píng)判提供了一種思路。

2.通過(guò)解決試驗(yàn)和實(shí)際中存在的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)問(wèn)題，我們總結(jié)出：臺(tái)架試驗(yàn)和臺(tái)架匹配試驗(yàn)在整車開(kāi)發(fā)中的重要作用。即節(jié)省了開(kāi)發(fā)成本，又提高了開(kāi)發(fā)進(jìn)度，整車開(kāi)發(fā)中，臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證要提到很高的高度充分利用起來(lái)。

3.在實(shí)際的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，設(shè)計(jì)人員無(wú)法充分考慮部件在系統(tǒng)中實(shí)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(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)和修正設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)

[ 1 ] 黃亞玲 汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展綜述 民營(yíng)科技，2009.

[ 2 ] 余 敏 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械研究與應(yīng)用，2004.

[ 3 ] 林 逸 汽車轉(zhuǎn)向感覺(jué)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法綜述 公路交通科技，2007.

[ 4 ] 曹忠艷 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓匹配和參數(shù)選取 汽車技術(shù)，2003.