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        某型號(hào)轉(zhuǎn)向器液壓共振分析與改進(jìn)

        2018-10-15 10:40:28劉健張鵬
        汽車零部件 2018年9期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向器實(shí)車油壓

        劉健,張鵬

        (1.航空工業(yè)新航豫北轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(新鄉(xiāng))有限公司,河南新鄉(xiāng) 453003;2. 中汽檢測技術(shù)有限公司,廣東廣州 510000)

        0 引言

        汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的NVH問題,非常容易被駕駛員感知,引起不悅。傳統(tǒng)的汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器由液壓系統(tǒng)提供助力,涉及的液壓系統(tǒng)NVH問題,要求對(duì)轉(zhuǎn)向器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、流體力學(xué)等方面均有一定的了解,方能從機(jī)理上對(duì)NVH問題進(jìn)行分析及改進(jìn)。

        文中所述某車型在原地轉(zhuǎn)向或者低速(<10 km/h)行駛轉(zhuǎn)向時(shí),輪胎甚至整車會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象,并有時(shí)伴隨“engeng”聲,針對(duì)此問題展開分析研究工作。

        1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理

        1.1 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹

        乘用車中常見的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由液壓齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和液壓系統(tǒng)組成,液壓系統(tǒng)包含油泵、高壓油管、低壓油管、油壺、吸油管等。汽車轉(zhuǎn)向時(shí),駕駛員直接轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤提供一部分轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,通過管柱和中間軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輸入軸,引起轉(zhuǎn)閥旋轉(zhuǎn),進(jìn)而使液壓系統(tǒng)開始工作,對(duì)汽車轉(zhuǎn)向提供助力,幫助駕駛員完成轉(zhuǎn)向操作。簡而言之,液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上架設(shè)一套動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置而形成的。

        油泵吸油口通過吸油管從油壺中吸油,再經(jīng)過油泵出油口將帶有一定壓力的油液輸送給轉(zhuǎn)向器進(jìn)油口,轉(zhuǎn)向器回油口的油液直接回到油壺中,這樣形成一個(gè)工作循環(huán)。圖1所示為齒輪齒條動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖。

        圖1 齒輪齒條動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖

        1.2 油泵結(jié)構(gòu)工作原理

        轉(zhuǎn)向系統(tǒng)普遍使用雙作用葉片泵,雙作用葉片泵由兩段長半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和4段過渡曲線組成,且定子和轉(zhuǎn)子是同心的,當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí),密封工作腔的容積在左上角和右下角逐漸增大,為吸油區(qū);在左下角和右上角逐漸減小,為壓油區(qū)。吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)將吸、壓油區(qū)隔開。這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周,每個(gè)密封工作腔完成吸油和壓油動(dòng)作各兩次,所以稱為雙作用葉片泵。圖2所示為雙作用葉片泵工作原理。

        圖2 雙作用葉片泵工作原理

        2 液壓共振產(chǎn)生的機(jī)制及改進(jìn)方案

        2.1 液壓共振產(chǎn)生的機(jī)制

        從上面已經(jīng)得知,油泵每旋轉(zhuǎn)一圈吸油兩次,壓油兩次,導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)一圈對(duì)外產(chǎn)生兩個(gè)壓力脈沖,從而引起油液波動(dòng),并經(jīng)過出油口向整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳播;當(dāng)這個(gè)激勵(lì)頻率與轉(zhuǎn)向器閥組件頻率相吻合,并且能量達(dá)到一定值時(shí)液壓共振便會(huì)發(fā)生,因?yàn)橛鸵褐芷谛圆▌?dòng),導(dǎo)致輸出力也存在周期性波動(dòng),從而通過轉(zhuǎn)向器拉桿傳遞到輪胎和懸架,導(dǎo)致出現(xiàn)NVH問題。

        2.2 改進(jìn)方案

        解決共振異響常見的思路:改變振動(dòng)源(油泵)的振動(dòng)頻率、降低振動(dòng)源的能量,改變響應(yīng)(轉(zhuǎn)向器閥組件)的固有頻率。從成本和周期方面考慮,改變閥組件的固有頻率更便捷成本更低,但是從操縱穩(wěn)定性方面看,閥組件是不允許輕易變更的,而振動(dòng)源的頻率是由轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的。綜合考慮,只有降低振動(dòng)源的能量才是最合適的方案。

        如圖3所示,在高壓油管軟管部分增加降噪管是一種降低振動(dòng)能量常用的方法。其原理是運(yùn)用1/4波長理論,讓轉(zhuǎn)向液在高壓油管中產(chǎn)生的壓力波動(dòng)在出口截面產(chǎn)生反作用波動(dòng),其相位與原始波動(dòng)有相位差,原始波與反作用波疊加,由于有相位差,振幅發(fā)生抵消,當(dāng)轉(zhuǎn)向液進(jìn)入轉(zhuǎn)向器之前,振動(dòng)振幅降低,壓力波動(dòng)能量降低,不足以引起共振。降噪管工作示意圖如圖4所示。

        圖3 降噪芯圖片

        圖4 降噪管工作示意圖

        3 實(shí)車測試案例

        3.1 數(shù)采系統(tǒng)設(shè)備信息

        此次實(shí)車NVH試驗(yàn)使用了LMS數(shù)采設(shè)備(8通道),表1所列為測試的主要設(shè)備。

        表1 振動(dòng)噪聲測試主要設(shè)備

        3.2 實(shí)車測點(diǎn)布置及測試過程

        根據(jù)異響現(xiàn)象,三軸加速度傳感器粘貼在轉(zhuǎn)向器的左拉桿上,油壓變送器通過三通接頭連接在轉(zhuǎn)向器的進(jìn)油口處,其中三軸加速度傳感器的方向和整車方向定義一致。

        按照實(shí)車異響現(xiàn)象產(chǎn)生條件,確定了測試工況為車輛怠速狀態(tài)下原地慢速轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤。測試對(duì)象分為原始狀態(tài)和改進(jìn)狀態(tài),測試內(nèi)容為轉(zhuǎn)向器進(jìn)油油壓波動(dòng)和左拉桿振動(dòng)。

        4 測試結(jié)果分析

        實(shí)車的測點(diǎn)布置位置如圖5所示。通過加速度信號(hào)和油壓信號(hào)的時(shí)域信號(hào)比對(duì)(如圖6所示),發(fā)現(xiàn)兩者存在周期性波動(dòng),并且波動(dòng)相吻合,說明拉桿加速度振動(dòng)和油壓波動(dòng)相關(guān);并且拉桿加速度振動(dòng)主要集中在Y方向,即拉桿的軸向方向,也是轉(zhuǎn)向器輸出力的方向,說明輪胎抖動(dòng)和加速度振動(dòng)相吻合。油壓波動(dòng)達(dá)到2.7 MPa,振幅異常。

        圖5 實(shí)車的測點(diǎn)布置位置

        圖6 時(shí)域信號(hào)分析-原始狀態(tài)

        通過兩者的頻域信號(hào)比對(duì)(如圖7所示),油壓波動(dòng)頻率為25 Hz,與油泵的周期性壓油頻率一致。

        圖7 頻域信號(hào)分析

        通過改進(jìn)高壓油管,增加降噪芯后,再次測試評(píng)價(jià)(如圖8所示),油壓波動(dòng)依然存在0.8 MPa,但是主觀上感覺不到。

        圖8 時(shí)域信號(hào)分析-改進(jìn)狀態(tài)

        5 結(jié)論

        從以上可以看出,當(dāng)出現(xiàn)液壓共振故障時(shí),高壓油管通過采用降噪芯可以有效降低油壓波動(dòng),降低振動(dòng)能量從而消除液壓共振現(xiàn)象,此改進(jìn)方案具有改進(jìn)周期短、成本增加少、不影響操穩(wěn)性能等優(yōu)點(diǎn)。

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