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)

0 引言

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。

1 轉向系統(tǒng)工作原理

1.1 液壓轉向系統(tǒng)介紹

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

1.2 油泵結構工作原理

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

2 液壓共振產生的機制及改進方案

2.1 液壓共振產生的機制

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。

2.2 改進方案

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

3 實車測試案例

3.1 數(shù)采系統(tǒng)設備信息

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

3.2 實車測點布置及測試過程

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。

4 測試結果分析

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)

5 結論

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。