劉健,張鵬
(1.航空工業(yè)新航豫北轉向系統(tǒng)(新鄉(xiāng))有限公司,河南新鄉(xiāng) 453003;2. 中汽檢測技術有限公司,廣東廣州 510000)
汽車轉向系統(tǒng)的NVH問題,非常容易被駕駛員感知,引起不悅。傳統(tǒng)的汽車動力轉向器由液壓系統(tǒng)提供助力,涉及的液壓系統(tǒng)NVH問題,要求對轉向器內部結構、液壓系統(tǒng)、流體力學等方面均有一定的了解,方能從機理上對NVH問題進行分析及改進。
文中所述某車型在原地轉向或者低速(<10 km/h)行駛轉向時,輪胎甚至整車會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象,并有時伴隨“engeng”聲,針對此問題展開分析研究工作。
乘用車中常見的液壓轉向系統(tǒng)由液壓齒輪齒條式轉向器和液壓系統(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。汽車轉向時,駕駛員直接轉動方向盤提供一部分轉動力矩,通過管柱和中間軸驅動動力轉向器輸入軸,引起轉閥旋轉,進而使液壓系統(tǒng)開始工作,對汽車轉向提供助力,幫助駕駛員完成轉向操作。簡而言之,液壓轉向系統(tǒng)是在機械轉向系統(tǒng)的基礎上架設一套動力轉向裝置而形成的。
油泵吸油口通過吸油管從油壺中吸油,再經過油泵出油口將帶有一定壓力的油液輸送給轉向器進油口,轉向器回油口的油液直接回到油壺中,這樣形成一個工作循環(huán)。圖1所示為齒輪齒條動力轉向系統(tǒng)示意圖。
圖1 齒輪齒條動力轉向系統(tǒng)示意圖
轉向系統(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,且定子和轉子是同心的,當轉子順時針方向旋轉時,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。這種泵的轉子每轉一周,每個密封工作腔完成吸油和壓油動作各兩次,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
從上面已經得知,油泵每旋轉一圈吸油兩次,壓油兩次,導致旋轉一圈對外產生兩個壓力脈沖,從而引起油液波動,并經過出油口向整個轉向系統(tǒng)傳播;當這個激勵頻率與轉向器閥組件頻率相吻合,并且能量達到一定值時液壓共振便會發(fā)生,因為油液周期性波動,導致輸出力也存在周期性波動,從而通過轉向器拉桿傳遞到輪胎和懸架,導致出現(xiàn)NVH問題。
解決共振異響常見的思路:改變振動源(油泵)的振動頻率、降低振動源的能量,改變響應(轉向器閥組件)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,而振動源的頻率是由轉速決定的。綜合考慮,只有降低振動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能量常用的方法。其原理是運用1/4波長理論,讓轉向液在高壓油管中產生的壓力波動在出口截面產生反作用波動,其相位與原始波動有相位差,原始波與反作用波疊加,由于有相位差,振幅發(fā)生抵消,當轉向液進入轉向器之前,振動振幅降低,壓力波動能量降低,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
此次實車NVH試驗使用了LMS數(shù)采設備(8通道),表1所列為測試的主要設備。
表1 振動噪聲測試主要設備
根據(jù)異響現(xiàn)象,三軸加速度傳感器粘貼在轉向器的左拉桿上,油壓變送器通過三通接頭連接在轉向器的進油口處,其中三軸加速度傳感器的方向和整車方向定義一致。
按照實車異響現(xiàn)象產生條件,確定了測試工況為車輛怠速狀態(tài)下原地慢速轉動方向盤。測試對象分為原始狀態(tài)和改進狀態(tài),測試內容為轉向器進油油壓波動和左拉桿振動。
實車的測點布置位置如圖5所示。通過加速度信號和油壓信號的時域信號比對(如圖6所示),發(fā)現(xiàn)兩者存在周期性波動,并且波動相吻合,說明拉桿加速度振動和油壓波動相關;并且拉桿加速度振動主要集中在Y方向,即拉桿的軸向方向,也是轉向器輸出力的方向,說明輪胎抖動和加速度振動相吻合。油壓波動達到2.7 MPa,振幅異常。
圖5 實車的測點布置位置
圖6 時域信號分析-原始狀態(tài)
通過兩者的頻域信號比對(如圖7所示),油壓波動頻率為25 Hz,與油泵的周期性壓油頻率一致。
圖7 頻域信號分析
通過改進高壓油管,增加降噪芯后,再次測試評價(如圖8所示),油壓波動依然存在0.8 MPa,但是主觀上感覺不到。
圖8 時域信號分析-改進狀態(tài)
從以上可以看出,當出現(xiàn)液壓共振故障時,高壓油管通過采用降噪芯可以有效降低油壓波動,降低振動能量從而消除液壓共振現(xiàn)象,此改進方案具有改進周期短、成本增加少、不影響操穩(wěn)性能等優(yōu)點。