劉聰，李海蛟

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

某載貨車(chē)型轉(zhuǎn)向助力失效的轉(zhuǎn)向力優(yōu)化

劉聰，李海蛟

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

文章在載貨車(chē)轉(zhuǎn)向助力失效的情況下測(cè)得轉(zhuǎn)向力結(jié)果，對(duì)轉(zhuǎn)向助力失效轉(zhuǎn)向性力不滿(mǎn)足法規(guī)要求的問(wèn)題進(jìn)行原因分析，從轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)內(nèi)阻力、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比兩個(gè)主要方面入手，制定針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。問(wèn)題整改完成后進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果達(dá)到了理想的效果。

助力失效；原因分析；設(shè)計(jì)優(yōu)化

Abstract:In this paper, the performance result was tested when the truck is in the case of steering power failure. According to the result, the reason that steering force of power failure doesn’t meet regulatory requirements was analyzed. The optimized design plan was formulated according to the internal resistance of steering mechanism and the steering gear ratio.After modified, the experiment was verified again. The verification result has a great effect.

Keywords: steering power failure; analysis of causes; design optimization

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-154-02

前言

現(xiàn)階段卡車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本都采用液壓助力的形式。液壓助力系統(tǒng)給轉(zhuǎn)向提供足夠的動(dòng)力，駕駛者在進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作的時(shí)候就會(huì)非常的省力，避免駕駛疲勞，提高安全性和舒適性。液壓助力系統(tǒng)難免也會(huì)發(fā)生故障，出現(xiàn)助力失效的情況。為了保證在轉(zhuǎn)向助力失效情況下仍然可以進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，國(guó)家有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB 17675對(duì)其轉(zhuǎn)向性能要求。本文則結(jié)合某載貨車(chē)型轉(zhuǎn)向助力失效測(cè)試結(jié)果，并對(duì)不滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)其進(jìn)行分析，找出問(wèn)題的原因并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

表1 車(chē)型基本參數(shù)

1 轉(zhuǎn)向助力失效測(cè)試結(jié)果

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 17675進(jìn)行試驗(yàn)：車(chē)輛以10km/h車(chē)速、24m 轉(zhuǎn)彎直徑前行轉(zhuǎn)彎時(shí)，不帶助力時(shí)轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于245N ，帶助力轉(zhuǎn)向但助力轉(zhuǎn)向失效時(shí)，其轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于 588N 。機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)間正常情況下不得大于4s，帶助力轉(zhuǎn)向但助力失效時(shí)不得大于6s，左右兩個(gè)方向都要試驗(yàn)。

表2 轉(zhuǎn)向助力失效轉(zhuǎn)向測(cè)試結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向力數(shù)值的大小雖然在588N以?xún)?nèi)，但是對(duì)于普通駕駛者來(lái)講接近極限，轉(zhuǎn)及右轉(zhuǎn)的機(jī)動(dòng)時(shí)間超過(guò)6S沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 轉(zhuǎn)向助力失效轉(zhuǎn)向性能差原因分析

可能導(dǎo)致助力失效的轉(zhuǎn)向力未達(dá)標(biāo)的因素主要有輸出力矩小、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比下和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)內(nèi)阻力三個(gè)方面。圍繞這兩個(gè)方面進(jìn)行分析，找出問(wèn)題關(guān)鍵因素之所在。

表3 為問(wèn)題原因分析表

2.1 轉(zhuǎn)向輸入力矩

1）方向盤(pán)作為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的力矩輸入端，在同樣輸入力的情況下，方向盤(pán)的直徑越大輸入的力矩越大。現(xiàn)在卡車(chē)采用的方向盤(pán)直徑Ф450mm和Ф480mm較為普遍，本車(chē)采用的是Ф450mm方向盤(pán)。方向盤(pán)直徑小不作為主要因素考慮。

2）在助力失效情況下，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)靠人力純機(jī)械的操作，輸入的手力越大轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)越快。在做轉(zhuǎn)向助力失效試驗(yàn)的時(shí)候可以發(fā)現(xiàn)，普通駕駛者的手力在500N左右已經(jīng)接近上限，低于588N滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的要求。受駕駛者本身的局限，輸入力的大小是無(wú)法提升的，所以本項(xiàng)也不做主要因素。

2.2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比

構(gòu)傳動(dòng)比由方向機(jī)內(nèi)部傳動(dòng)比、擺臂傳動(dòng)比來(lái)決定，數(shù)值越大的話轉(zhuǎn)向操作會(huì)更加的輕便。常見(jiàn)的方向機(jī)傳動(dòng)比在16~23之間，擺臂的傳動(dòng)比在 1.0左右。本臺(tái)車(chē)向機(jī)傳動(dòng)比n1=16.4，前橋彎臂L2=230mm，向機(jī)垂臂長(zhǎng)L1=218mm。

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 n=n1×L1/L2=16.4×1.06=17.38，相比同級(jí)產(chǎn)品傳動(dòng)比偏小，可進(jìn)行優(yōu)化提升。

2.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)內(nèi)阻力

1）轉(zhuǎn)向管柱在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的卡滯、轉(zhuǎn)動(dòng)阻力大等會(huì)影響轉(zhuǎn)向的輕便型。通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)來(lái)對(duì)管柱部分性能參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，如下圖所示：

表4 管柱主要性能參數(shù)測(cè)試結(jié)果

根據(jù)測(cè)試結(jié)果可知，管柱的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、波動(dòng)力矩等都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，不存在異常的現(xiàn)象。

2）直拉桿球銷(xiāo)擺動(dòng)力矩越小拉桿的擺動(dòng)阻力越小，但是力矩小球銷(xiāo)與球座的間隙會(huì)越大，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向間隙大，加快直拉桿的松曠和損壞。按照直拉桿的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求球銷(xiāo)擺動(dòng)力矩1.5-6N.m。經(jīng)過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)，球銷(xiāo)擺動(dòng)力矩為5.8N.m，滿(mǎn)足要求。

3）前橋輪端轉(zhuǎn)動(dòng)阻力是整個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中阻力中較大的部分，其值越小轉(zhuǎn)向越輕便?，F(xiàn)階段設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)前橋轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩沒(méi)有明確的數(shù)值要求，通過(guò)與同級(jí)別性能優(yōu)秀前橋進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比如下表5所示：

表5 前橋阻力矩對(duì)比表

數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩明顯偏高，這對(duì)純機(jī)械轉(zhuǎn)向的輕便性影響還是很大的，所以需要進(jìn)一步的改進(jìn)優(yōu)化。

3 設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

通過(guò)以上分因素的分析，主要從提高轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比和降低前橋輪端阻力矩兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 提高轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比

按照設(shè)計(jì)要求擺臂傳動(dòng)比在1左右，垂臂和彎臂的長(zhǎng)度不做變動(dòng)，提高機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比主要從提高方向機(jī)的傳動(dòng)比入手。在結(jié)構(gòu)上活塞、螺桿、搖臂軸扇形齒的尺寸參數(shù)決定了方向機(jī)的傳動(dòng)比大小。在輸出扭矩相當(dāng)情況下，選擇一款傳動(dòng)比更大的方向機(jī)，傳動(dòng)比n1=20.8。

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比n=n1×L1/L2=20.8×1.06=22.1。

3.2 降低前橋輪端阻力

減小輪端阻力就矩是減小各個(gè)活動(dòng)件的摩擦力，啟動(dòng)力目標(biāo)控制在120N以下，通過(guò)以下四個(gè)方面進(jìn)行提升：

1）轉(zhuǎn)向節(jié)墊片的間隙在裝配的時(shí)候進(jìn)行工藝調(diào)整，由0.2mm改為0.25mm。

2）輪端上的推力軸承承受著前橋的載荷，受載較大。本車(chē)前橋采用的是阻尼滑動(dòng)式推力軸承，摩擦系數(shù)較大，轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力相應(yīng)的較大，將其改為圓錐滾子軸承，降低轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力。

3）橫拉桿作為左右輪端的連接部件，球銷(xiāo)實(shí)測(cè)得擺動(dòng)力矩為5.8N.m、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩5.9N.m。現(xiàn)技術(shù)要求擺動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩范圍為1.5-6.0N.m，修改為1.5-4N.m。

4）本前橋轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo)襯套為銅合金，轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候與主銷(xiāo)之間是滑動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)大。將轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷(xiāo)之間改為用滾針軸承配合。

優(yōu)化后，前橋輪端啟動(dòng)力為115N，達(dá)到較好的效果。

4 整改后驗(yàn)證

整改完成后，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 17675進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，數(shù)據(jù)結(jié)果如下表所示：

表6 轉(zhuǎn)向助力失效轉(zhuǎn)向測(cè)試結(jié)果

左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)時(shí)間5.5S≤6S，左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向力480N≤588，右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)時(shí)間5.3S≤6S，右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向力450N≤588，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)某車(chē)型轉(zhuǎn)向助力失效的轉(zhuǎn)向力進(jìn)行優(yōu)化，主要從提高轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比、降低轉(zhuǎn)向回正阻力兩個(gè)方向?yàn)樽ナ?，增加方向機(jī)傳動(dòng)比、優(yōu)化轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)零部件性能、加工精度、裝配工藝等因素來(lái)降低轉(zhuǎn)向回正阻力。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化提升后，

對(duì)本臺(tái)車(chē)重新進(jìn)行轉(zhuǎn)向助力失效試驗(yàn)驗(yàn)證，轉(zhuǎn)向力性能得到明顯的提升，滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

[1] 王霄峰.汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì).[M]清華大學(xué)出版社,2010.

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

[3] 《汽車(chē)工程手冊(cè)》編輯委員會(huì).汽車(chē)工程手冊(cè)設(shè)計(jì)篇[M].人民交通出版社,2001.

Steering force improvement of a truck steering power failure

Liu Cong, Li Haijiao
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Technology Center, Anhui Hefei 230601 )

U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-154-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.053

劉聰，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。