柴博，賈偉偉，袁智明，陳開(kāi)超，王濤

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某輕型卡車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量減小淺析

柴博，賈偉偉，袁智明，陳開(kāi)超，王濤

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量較大時(shí)，會(huì)降低車(chē)輛直線行駛穩(wěn)定性。當(dāng)駕駛者打方向轉(zhuǎn)彎時(shí)，會(huì)使車(chē)輛的轉(zhuǎn)向響應(yīng)降低，進(jìn)而影響操控感受。文章主要針對(duì)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對(duì)造成某輕型卡車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量較大的原因進(jìn)行分析，制定解決措施，并最終降低該型卡車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量。

轉(zhuǎn)向盤(pán)；自由轉(zhuǎn)動(dòng)量；間隙；剛度；免維護(hù)

CLC NO.:U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-103-03

引言

轉(zhuǎn)向系的作用包括轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤(pán)應(yīng)能自動(dòng)回正，并能使汽車(chē)保持在穩(wěn)定的直線行駛工況，保證汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。汽車(chē)的轉(zhuǎn)向操作均通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向。在實(shí)際中，由于轉(zhuǎn)向系的各零、部件尤其是一些桿件均具有一定的彈性，且各零、部件的組裝均存在間隙，加上輪胎存在的側(cè)偏剛度，會(huì)造成轉(zhuǎn)向輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角要比司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)并按轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比換算至轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角要小，即轉(zhuǎn)向盤(pán)存在一定的自由轉(zhuǎn)動(dòng)量。如轉(zhuǎn)向盤(pán)的自由轉(zhuǎn)動(dòng)量過(guò)大，會(huì)影響轉(zhuǎn)向盤(pán)的自動(dòng)回正，不利于車(chē)輛保持穩(wěn)定的直線行駛，駕駛者會(huì)感到車(chē)輛的轉(zhuǎn)向與其操作存在偏差，降低操縱穩(wěn)定性。因此轉(zhuǎn)向盤(pán)的自由轉(zhuǎn)動(dòng)量應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。某輕型卡車(chē)在市場(chǎng)上多數(shù)客戶(hù)反映轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量較大，影響該輕型卡車(chē)在市場(chǎng)上的口碑與銷(xiāo)量。本文運(yùn)用標(biāo)桿對(duì)比法，對(duì)該輕型卡車(chē)轉(zhuǎn)向系的零部件進(jìn)行系統(tǒng)分析，找出影響轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量的主要原因，制定措施加以改進(jìn)，最終降低該輕型卡車(chē)的轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量，滿足客戶(hù)需求。

1、轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量現(xiàn)狀調(diào)查

依據(jù)《GB/T 7258機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》中6.4規(guī)定，最大設(shè)計(jì)車(chē)速大于等于 100km/h的機(jī)動(dòng)車(chē)方向盤(pán)的最大自由轉(zhuǎn)動(dòng)量應(yīng)小于等于 15°。我們?cè)谏a(chǎn)線隨機(jī)抽取8臺(tái)剛下線的該輕型卡車(chē)，運(yùn)用測(cè)量?jī)x器對(duì)這8臺(tái)車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量的測(cè)量，結(jié)果如表1所示：

表1

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，這8臺(tái)車(chē)均滿足《GB/T 7258機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》的規(guī)定。國(guó)內(nèi)輕卡市場(chǎng)通常以五十鈴卡車(chē)作為標(biāo)桿產(chǎn)品，用戶(hù)對(duì)五十鈴的產(chǎn)品性能及質(zhì)量評(píng)價(jià)較高。我們找到同等噸位的一臺(tái)五十鈴輕型卡車(chē)，對(duì)其轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為9.6°。對(duì)比標(biāo)桿產(chǎn)品，我們可以得出，該輕型卡車(chē)的轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量較大，性能不能滿足客戶(hù)要求。

2、原因分析

該輕型卡車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示，由轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向器、前軸總成、轉(zhuǎn)向直拉桿四大部件組成。

圖1

造成轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量大的FTA分析如下：

在本文中，只對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行研究，不考慮輪胎的影響，因此輪胎側(cè)偏剛度對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量的影響不做分析。將分析重點(diǎn)放在轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向直拉桿總成的影響上。

2.1 轉(zhuǎn)向管柱性能分析

圖2 1號(hào)轉(zhuǎn)向管柱檢測(cè)曲線

圖3 2號(hào)轉(zhuǎn)向管柱檢測(cè)曲線

該車(chē)型轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)與五十鈴產(chǎn)品完全相同，轉(zhuǎn)向管柱的軸組合件具有一定的剛度，軸組合件與轉(zhuǎn)向柱管的配合存在一定的間隙，故組成轉(zhuǎn)向管柱的零部件的剛度和配合間隙使轉(zhuǎn)向管柱存在自由行程，轉(zhuǎn)向管柱自由行程會(huì)影響轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量。隨機(jī)抽取2臺(tái)該車(chē)型使用的轉(zhuǎn)向管柱，進(jìn)行轉(zhuǎn)向管柱自由行程檢測(cè)。檢測(cè)方法為給轉(zhuǎn)向管柱輸入端施加扭矩±3N·m時(shí)，記錄輸入軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度。檢測(cè)得到的曲線如圖2、圖3所示。

對(duì)轉(zhuǎn)向管柱自由行程檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行整理，結(jié)果如表2所示：

表2

以相同的檢測(cè)方法，對(duì)五十鈴轉(zhuǎn)向管柱進(jìn)行檢測(cè)，得到自由間隙為0.68°。可以看到，該車(chē)型轉(zhuǎn)向管柱平均自由行程0.73°，與五十鈴產(chǎn)品相當(dāng)?？梢缘贸鲛D(zhuǎn)向管柱自由行程不是整車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量大的主因。

2.2 轉(zhuǎn)向器性能分析

該車(chē)型及五十鈴車(chē)型均采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向器的輸入扭桿具有一定的剛度，轉(zhuǎn)向器內(nèi)部的轉(zhuǎn)閥、螺桿、齒扇等零部件的配合存在間隙，故轉(zhuǎn)向器內(nèi)部零部件的剛度及間隙使轉(zhuǎn)向器存在自由行程，轉(zhuǎn)向器自由行程會(huì)影響轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量。隨機(jī)抽取2臺(tái)該車(chē)型使用的轉(zhuǎn)向器，進(jìn)行轉(zhuǎn)向器自由行程檢測(cè)。檢測(cè)方法為在輸入軸兩個(gè)方向施加負(fù)荷達(dá)到±2 N·m 時(shí)，記錄輸入軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度。檢測(cè)得到的曲線如圖4、圖5所示。

圖4 1號(hào)轉(zhuǎn)向器檢測(cè)曲線

圖5 2號(hào)轉(zhuǎn)向器檢測(cè)曲線

對(duì)轉(zhuǎn)向器自由行程檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行整理，結(jié)果如表3所示：

表3

以相同的檢測(cè)方法，對(duì)五十鈴轉(zhuǎn)向器進(jìn)行檢測(cè)，得到自由間隙為4.01°?？梢钥吹剑撥?chē)型轉(zhuǎn)向器平均自由行程6.05°，超出五十鈴產(chǎn)品51.2%?？梢缘贸鲛D(zhuǎn)向器自由行程大是整車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量大的主因。

2.3 轉(zhuǎn)向直拉桿性能分析

該車(chē)型轉(zhuǎn)向直拉桿為可維護(hù)直拉桿，日常需要通過(guò)油脂嘴進(jìn)行加注潤(rùn)滑脂，其球頭結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 該車(chē)型轉(zhuǎn)向直拉桿球頭

可維護(hù)球頭為金屬球座，球座依靠彈簧頂緊，由于彈簧剛度影響，球頭自由行程可達(dá)到0.75mm-1mm，該球頭自由行程經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比放大，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量產(chǎn)生影響。轉(zhuǎn)向直拉桿上有2個(gè)球頭，轉(zhuǎn)向直拉桿球頭自由行程造成的轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量的換算如公式1：

式中：α——轉(zhuǎn)向直拉桿球頭剛度造成的轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量，單位°；

A——球頭剛度，單位mm；

i——轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比

L——轉(zhuǎn)向器垂臂長(zhǎng)度，單位mm；

該車(chē)型A=（0.75-1）mm，i=20.42，L=196.2mm，根據(jù)上述公式計(jì)算可得α=8.94°～11.94°。

五十鈴車(chē)型轉(zhuǎn)向直拉桿為免維護(hù)直拉桿，無(wú)需加注潤(rùn)滑脂維護(hù)，其球頭結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 五十鈴轉(zhuǎn)向直拉桿球頭

免維護(hù)拉桿球頭球座為復(fù)合材質(zhì)，直接與球銷(xiāo)接觸，球座壓縮量極小，且球座與球銷(xiāo)之間的間隙可以控制的很小。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，免維護(hù)球頭在軸向施加1050N的力時(shí)，軸向自由行程≤0.1mm，在徑向施加2000N的力時(shí)，徑向自由行程≤0.1mm，即免維護(hù)球頭綜合自由行程≤0.2mm。免維護(hù)轉(zhuǎn)向直拉桿球頭自由行程造成的轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量通過(guò)式1計(jì)算，當(dāng)A=0.2mm時(shí)，可得α=2.39°，遠(yuǎn)小于可維護(hù)直拉桿對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量的影響。

通過(guò)上述分析，可以得出該車(chē)型轉(zhuǎn)向直拉桿球頭自由行程大，對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量的影響較大，是主要原因。

2.4 要因確認(rèn)

經(jīng)過(guò)上述對(duì)零部件分析，最終確定該輕卡車(chē)型轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量大的主因：①轉(zhuǎn)向器自由行程大；②轉(zhuǎn)向直拉桿球頭自由行程大。

3、整改措施

針對(duì)上述排查的主因，確認(rèn)改進(jìn)措施。

3.1 降低轉(zhuǎn)向器自由行程

與轉(zhuǎn)向器供應(yīng)商共同改進(jìn)轉(zhuǎn)向器自由行程，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向器扭桿剛度的改善及內(nèi)部裝配間隙的控制，實(shí)現(xiàn)在輸入軸兩個(gè)方向施加負(fù)荷達(dá)到±2 N·m 時(shí)，輸入軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度≤4°。

3.2 為該車(chē)型開(kāi)發(fā)免維護(hù)轉(zhuǎn)向直拉桿

為該車(chē)型設(shè)計(jì)免維護(hù)轉(zhuǎn)向直拉桿，直拉桿各項(xiàng)性能指標(biāo)全面對(duì)標(biāo)五十鈴產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，其中免維護(hù)球頭在軸向施加1050N的力時(shí)，軸向自由行程≤0.1mm，在徑向施加2000N的力時(shí)，徑向自由行程≤0.1mm。

3.3 整改后性能達(dá)標(biāo)情況

將性能提升后的轉(zhuǎn)向器，新開(kāi)發(fā)的免維護(hù)直拉桿更換至該車(chē)型上，進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為7°，優(yōu)于五十鈴產(chǎn)品，目標(biāo)達(dá)成。

4、固化措施

4.1OTS 試驗(yàn)

完成新開(kāi)發(fā)的免維護(hù)轉(zhuǎn)向直拉桿的OTS試驗(yàn)。

4.2 可靠性驗(yàn)證

對(duì)提升性能后的轉(zhuǎn)向器、新開(kāi)發(fā)的免維護(hù)直拉桿在該輕卡車(chē)型上進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)強(qiáng)化路、山路、高環(huán)道路驗(yàn)證，折合里程達(dá)到213132km，轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向直拉桿均無(wú)問(wèn)題。

4.3 將性能提升的轉(zhuǎn)向器與免維護(hù)轉(zhuǎn)向直拉桿總成在該車(chē)型上量產(chǎn)切換。

5、結(jié)束語(yǔ)

隨著客戶(hù)對(duì)車(chē)輛性能的要求越來(lái)越高，車(chē)輛僅符合國(guó)標(biāo)法規(guī)已不能滿足客戶(hù)需求，汽車(chē)廠家在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)對(duì)車(chē)輛性能需要有更高的要求。本文運(yùn)用標(biāo)桿對(duì)比法，通過(guò)對(duì)某輕型卡車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各零部件的分析，找出影響轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量的主要原因，并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，最終解決該車(chē)型轉(zhuǎn)向盤(pán)自由轉(zhuǎn)動(dòng)量大的問(wèn)題。本文所及方法和結(jié)論對(duì)類(lèi)似問(wèn)題的解決具有一定的借鑒作用，為新車(chē)型的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

[1] 劉惟信.汽車(chē)設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2001.

[2] 余志生.汽車(chē)?yán)碚?北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[3] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 7258-2012 機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2012.

[4] 江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心.江淮輕型卡車(chē)設(shè)計(jì)規(guī)范.第一版,合肥: 江淮汽車(chē)股份有限公司,2006.

A light truck steering wheel free transfer momentum decrease analyses

Chai Bo, Jia Weiwei, Yuan Zhiming, Chen Kaichao, Wang Tao
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

When steering wheel has large free turn momentum, it will reduce the straight line driving stability of vehicle. When a driver turn, it will reduce the vehicle's steering response and affect manipulation of the feelings. For a light truck steering system，this article mainly analysis the reasons of larger free turn momentum of steering wheel，formulate solutions, and eventually reduce the larger free turn momentum.

steering wheel; free turn momentum; clearance; stiffness; non-maintenance

U463.4

A 1671-7988 (2017)08-103-03

柴博，學(xué)士學(xué)位，工程師，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，負(fù)責(zé)公司輕卡車(chē)型前橋轉(zhuǎn)向的開(kāi)發(fā)與研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.035