鄭勇，劉科陽

（1.江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052；2.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）

關(guān)鍵字：冷啟動(dòng)沉故障機(jī)理；測試方法

引言

在冬季氣溫低于-20℃甚至低于-10攝氏度時(shí)，裝有液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛經(jīng)常出現(xiàn)啟動(dòng)車輛后短時(shí)間內(nèi)（一般在半分鐘以內(nèi)）打不動(dòng)方向的故障，這種故障為冷啟動(dòng)沉故障，如果車主有熱車的習(xí)慣，故障則不容易被發(fā)現(xiàn)。

本文先介紹了液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作及冷啟動(dòng)沉故障產(chǎn)生的機(jī)理，然后結(jié)合容易導(dǎo)致故障的部件，介紹了一種通過測試數(shù)據(jù)分析識(shí)別出故障部件的方法，并結(jié)合實(shí)際案例驗(yàn)證這種方法的可行性。

1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理

1.1 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向盤1、轉(zhuǎn)向軸2、齒輪齒條式整體動(dòng)力轉(zhuǎn)向器 3、轉(zhuǎn)向液壓泵和轉(zhuǎn)向油罐（steering reservoir）7等組成。齒輪齒條式整體動(dòng)力轉(zhuǎn)向器3又由轉(zhuǎn)向控制閥4、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器5、轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸6構(gòu)成。轉(zhuǎn)向油罐7 儲(chǔ)存液壓油，有進(jìn)、出油管接頭，通過油管分別與轉(zhuǎn)向液壓泵8 和轉(zhuǎn)向控制閥4連接。轉(zhuǎn)向液壓泵8 安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，由曲軸通過皮帶驅(qū)動(dòng)，將油從轉(zhuǎn)向油罐處吸入并向轉(zhuǎn)向控制閥4 供給液壓油。轉(zhuǎn)向控制閥4 通過改變液壓油路來改變動(dòng)力傳遞路線。轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸6內(nèi)由活塞分隔成左右兩個(gè)工作腔，工作腔通過油道分別與轉(zhuǎn)向控制閥4連接?？刂崎y來控制車輛的直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)[1]。

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段過度曲線組成，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[1]。

圖1 齒輪齒條動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖

圖2 雙作用葉片泵工作原理

2 冷啟動(dòng)沉故障產(chǎn)生的機(jī)理及改進(jìn)方案

2.1 冷啟動(dòng)沉故障產(chǎn)生的機(jī)理

圖3 轉(zhuǎn)向力矩比對曲線

圖4 油壓比對曲線

通過對故障車輛測試，發(fā)現(xiàn)冷啟動(dòng)故障出現(xiàn)時(shí)，方向盤輸入40Nm才勉強(qiáng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，一分鐘后故障消失時(shí)， 4Nm就可以轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤（見圖3）。繼續(xù)對故障車輛進(jìn)行測試分析，發(fā)現(xiàn)冷啟動(dòng)故障出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)油壓只有 3MPa，冷啟動(dòng)故障消失時(shí)，系統(tǒng)油壓恢復(fù)正常值（見圖4）。通過上述測試，得知冷啟動(dòng)沉的原因是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力變小，需要方向盤輸入更大的扭矩來彌補(bǔ)系統(tǒng)壓力的不足，這個(gè)時(shí)候駕駛員就會(huì)感覺到方向沉或者打不動(dòng)方向。

2.2 改進(jìn)方案

導(dǎo)致冷啟動(dòng)故障的原因有多種，例如因?yàn)橛偷酿靥匦?，油液在低溫下粘度過大，導(dǎo)致油泵的自吸能力下降；例如在低溫下轉(zhuǎn)向器內(nèi)部伺服環(huán)不能起到很好的密封作用，導(dǎo)致內(nèi)泄。如果是油泵導(dǎo)致故障，常采用更改葉片結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法；如果是轉(zhuǎn)向器伺服環(huán)導(dǎo)致故障，常采用更換材料和配合尺寸的方法。在采用改進(jìn)方案之前需要首先判定故障源，而故障源的判定無法有效通過主觀來判定，需要設(shè)計(jì)一個(gè)有效的測試方法。

2.3 測試方法研究

假設(shè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在常溫下正常工作時(shí)油壓流量滿足設(shè)計(jì)要求，那么根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作原理可知，如果是油泵不能有效吸油導(dǎo)致冷啟動(dòng)沉故障，則故障出現(xiàn)時(shí)刻，在中位的流量應(yīng)小于設(shè)計(jì)值，極限保舵時(shí)的流量接近0，壓力小于設(shè)計(jì)值；如果是轉(zhuǎn)向器內(nèi)泄導(dǎo)致冷啟動(dòng)故障，則故障出現(xiàn)時(shí)刻，在中位的流量是正常值，而在極限保舵時(shí)流量遠(yuǎn)大于 0，壓力小于設(shè)計(jì)值[2]。綜上所述，通過判斷流量在中位和極限保舵時(shí)的數(shù)值可以判定故障源。

對于系統(tǒng)流量的測試，常規(guī)做法是使用流量計(jì)串聯(lián)在回油管路中的油壺和回油管之間，流量計(jì)的量程范圍特別是下限量程很重要，此處采用德國hydrotechnik GFM30，最小測量范圍可以達(dá)到0.2L/min。

3 整車測試

3.1 數(shù)采系統(tǒng)設(shè)備信息

本次實(shí)車的試驗(yàn)使用了東方所數(shù)采設(shè)備（8通道），表1所列為測試的主要設(shè)備。

表1 測試主要設(shè)備

3.2 傳感器的連接

按照上面所述，流量傳感器串聯(lián)在油壺處，油壓傳感器串聯(lián)在油泵出油口處（見圖5）。

圖5 流量計(jì)和油壓傳感器測試

按照 2.3測試方法研究，分別對中位和極限位置的流量進(jìn)行測試。

3.3 測試結(jié)果分析

從圖6可以看出，常溫時(shí)流量達(dá)到8.5L/min，而在冷啟動(dòng)故障出現(xiàn)時(shí)流量只有4.3L/min，油泵的吸油量降低了一半。在極限位置保舵測試流量0.2L/min（圖7），說明轉(zhuǎn)向器不存在內(nèi)泄，冷啟動(dòng)故障和轉(zhuǎn)向器無關(guān)。綜上所述可以判定油泵是導(dǎo)致冷啟動(dòng)故障的根本原因。

圖6 流量比對曲線

圖7 極限保舵流量曲線

根據(jù)測試結(jié)果，確定油泵是故障源，通過對油泵進(jìn)行解析，對油泵葉片處結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，裝車后再次進(jìn)行測試和主觀評價(jià)，故障消除。

4 結(jié)論

通過油壓的測試可以判定是否冷啟動(dòng)故障，通過流量測試可以判定是冷啟動(dòng)故障是油泵還是轉(zhuǎn)向器引起，通過測試結(jié)果進(jìn)行后續(xù)改進(jìn)可以有的放矢，能夠快速有效的解決此類故障。