楊建偉

關鍵詞：轉向系統(tǒng)：故障：解析

0引言

車輛轉向系統(tǒng)是用于改變或保持汽車行駛方向的專門機構。其作用是使汽車在行駛過程中能按照駕駛員的操縱意圖而適時地改變其行駛方向，并在受到路面?zhèn)鱽淼呐既粵_擊及車輛意外地偏離行駛方向時，能與行駛系統(tǒng)配合共同保持車輛繼續(xù)穩(wěn)定行駛。因此，轉向系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性。車輛轉向系統(tǒng)對汽車的行駛安全至關重要，因此轉向系統(tǒng)的零部件在車輛制造及裝配環(huán)節(jié)均被定義為重要安保件。

車輛轉向系統(tǒng)經(jīng)歷了純機械轉向系統(tǒng)、液壓動力轉向系統(tǒng)、電控液壓動力轉向系統(tǒng)，以及更為節(jié)能、操縱性更好的電子控制式電動助力轉向系統(tǒng)（EPS）等幾個階段，電動助力轉向系統(tǒng)采用電動機直接提供動力，助力大小由電控單元（ECU）控制，具有助力大小實時可調、路感良好、環(huán)保、耗能低等諸多優(yōu)點，但一般多用于軸荷相對較低的乘用車上。

對于商用汽車而言，目前應用比較廣泛仍然是性價比較高的循環(huán)球式液壓助力轉向系統(tǒng)，如圖1所示。本文對商用汽車轉向系結構、工作原理、及常見故障模式進行了系統(tǒng)的解析。

1轉向系的基本組成及工作原理

1.1轉向系的基本組成

汽車轉向系一般由轉向操縱機構、轉向助力機構、轉向傳動機構3部分組成，但隨著轉向系的類型不同，其結構組成又有所差異。按轉向能源的不同，轉向系統(tǒng)可分為機械轉向系統(tǒng)和動力轉向系統(tǒng)2大類。就商用汽車而言，因前軸負荷較大，目前多為動力轉向系統(tǒng)。

a.轉向操縱機構：主要由轉向盤、轉向軸、轉向管柱等組成，如圖2所示。

b.轉向助力機構：將轉向盤的轉動變?yōu)檗D向器垂臂的擺動，并對轉向操縱力進行放大的機構。主要由動轉油泵、轉向器、轉向油壺、轉向油管等組成。動轉油泵一般裝在發(fā)動機本體上，轉向器及動轉油壺一般固定在車架上，動轉油管則根據(jù)發(fā)動機動力艙的空間進行布置，如圖3所示。

c.轉向傳動機構：將轉向器輸出的力和運動傳給車輪（轉向節(jié)），并使左右車輪按一定關系進行偏轉的機構。一般由轉向垂臂、轉向直拉桿、轉向節(jié)、轉向橫拉桿等部件組成，具體結構如圖4所示。

汽車行駛方向的改變是由駕駛員通過操縱轉向系來改變轉向輪（一般是前輪）的偏轉角度實現(xiàn)的。轉向系不僅可以改變汽車的行駛方向，使其按駕駛員的意圖行駛，而且還可以克服由于路面?zhèn)认蚋蓴_力使車輪自行產生的轉向，恢復汽車原來的行駛方向。

1.2轉向系的工作原理

汽車轉向時，駕駛員對轉向盤施加的轉向力矩通過轉向軸輸入轉向器。從轉向盤到轉向傳動軸這一系列零件即屬于轉向操縱機構。作為減速傳動裝置的轉向器中有兩級減速傳動副，經(jīng)轉向器放大后的力矩和減速后的運動通過轉向錘臂傳到轉向直拉桿，再傳給固定于轉向節(jié)上的轉向節(jié)臂，使轉向節(jié)和它所支承的轉向輪偏轉，從而改變了汽車的行駛方向。

當駕駛員逆時針方向亦即向左轉動轉向盤時，轉向錘臂將拉動轉向直拉桿向前運動。轉向直拉桿的拉力作用在轉向節(jié)臂上，使左側轉向節(jié)及左側轉向輪繞主銷向左偏轉一個角度，同時通過梯形臂和轉向橫拉桿使另一側轉向節(jié)與轉向輪繞該側轉向主銷偏轉一定的角度，這時汽車將向左轉向，反之，當駕駛員順時針轉動方向盤時，車輛將向右轉向。

與此同時，與轉向盤相連接的輸入軸帶動扭桿發(fā)生一定扭轉變形，輸入軸上的油槽與閥套上的油槽相對位置發(fā)生了改變，即控制閥起作用，并引導高壓油流向轉指定的油缸，即轉向器上油缸或下油缸，在相對應的齒條活塞端面產生了液壓作用力，并推動齒條活塞軸向移動，使搖臂軸產生轉動，從而實現(xiàn)了液壓助力轉向。圖5為轉閥的工作原理。

當轉向盤直徑一定時，駕駛員操縱轉向盤轉動力矩（即手力）的大小取決于轉向系統(tǒng)角傳動比的大小。轉向系統(tǒng)角傳動比i是用轉向盤轉角增量與同側轉向節(jié)相應轉角增量之比來表示。其數(shù)值是轉向器角傳動比i和轉向傳動機構角傳動比i的乘積。轉向器角傳動比是轉向盤轉角增量與同側錘臂軸轉角相應增量之比。轉向傳動機構角傳動比是錘臂軸轉角增量與同側轉向節(jié)轉角相應增量之比。

對于一般汽車而言i大約為1。由此可見，轉向系統(tǒng)角傳動比主要取決于轉向器角傳動比。轉向系統(tǒng)角傳動比越大，轉向時加在轉向盤上的力矩就越小，轉向輕便。但轉向系統(tǒng)角傳動比過大會導致轉向操縱不靈敏。所以，轉向系統(tǒng)角傳動比的大小要協(xié)調好“轉向輕便”與“轉向靈敏”之間的矛盾。

2轉向系常見故障模式

轉向系統(tǒng)相對車輛其他系統(tǒng)來說，核心部件油泵及轉向器精密度較高，其安保級別屬于重保，使用中不能出現(xiàn)嚴重的失效模式，否則將會釀出不可估量的后果。同時，轉向系也是駕駛員與車輛直接交互的主要通道，轉向系的任何故障模式或不良體驗，將直接影響到車輛的駕乘舒適感，對車輛本身的口碑產生直接的影響。

轉向系常見的故障模式主要有：轉向沉重，轉向異響及轉向跑偏、不回正。

3故障模式解析及處理

3.1轉向沉重

3.1.1故障現(xiàn)象

車輛行駛過程中，駕駛員向左、右轉動方向盤時，感到沉重費力，無回正感;汽車低速轉彎行駛和調頭時，轉動方向盤感到非常沉重，甚至打不動。

3.1.2故障主要原因及處理方法

轉向沉重的根本原因是動轉油罐油量不足，轉向器內漏嚴重，轉向輪氣壓不足、定位不準或轉向系傳動鏈中出現(xiàn)配合過緊或卡滯而引起摩擦阻力增大等。具體原因及對應解決方法主要有：

①動轉油罐油量低于最低刻度下限，應按油罐上、下刻線加注動轉油。

②動轉油過臟，造成油罐進出油不暢，回油背壓過大，應清洗油罐并更換動轉油。

⑧油罐內部有大量氣泡，此時不僅轉向沉重，而且在轉向時還伴有噪音，應啟動車輛，同時打開油罐加油蓋進行排氣即可。

④動轉油泵皮帶松動、打滑或泵體出現(xiàn)松動，此時應緊固泵體或更換皮帶。

⑤油管各連接部位螺栓松動，造成轉向油泄漏，此時系統(tǒng)壓力降低，應予以緊固。

⑥前輪定位失準或轉向輪輪胎氣壓不足，應按規(guī)定充氣。

⑦轉向器主、從動部分的嚙合間隙調整過小，應予調整。

⑧轉向管柱、轉向軸彎曲或套管凹癟造成轉向動態(tài)干涉，應予修理或更換。

⑨轉向直、橫拉桿球頭連接處調整過緊或缺油，應予調整或添加潤滑脂。

⑩轉向節(jié)主銷與轉向節(jié)襯套配合過緊或缺油，或轉向節(jié)止推軸承缺油，應予調整或添加潤滑脂等。

⑩轉向器殼體內螺母油封密封不良，內泄漏過大，此時應更換轉向器總成。

3.1.3故障診斷方法

以商用車循環(huán)球式液壓助力轉向系統(tǒng)為例，遵循先觀察后拆檢、先簡單后復雜的故障處理原則進行逐一排查診斷，力求簡便、快速的找出故障的根源。具體按圖6所示循環(huán)球液壓助力轉向系轉向沉重常見故障原因診斷流程找出故障的根源所在。

3.2轉向異響

3.2.1故障現(xiàn)象

當駕駛室員在轉動方向盤時，轉向系出現(xiàn)較大的異常聲響，在駕駛員停止轉動方向盤時，該不明噪音隨即消失。

3.2.2故障主要原因及處理方法

以循環(huán)球液壓助力轉向系為例，在發(fā)動機起動后，轉向助力泵的溢流閥中出現(xiàn)液流噪聲是正常的，但噪聲過大甚至影響轉向性能時，該噪聲應視為故障。轉向助力泵異響主要原因可能是由于整個轉向系統(tǒng)內部清潔度差及轉向泵在過度疲勞的情況下運轉引起，在排除故障前，應首先檢查整個轉向系的清潔度。引起轉向噪聲的原因及對應解決方法主要有：

①動轉油罐油量過低，系統(tǒng)有漏油或轉向系統(tǒng)中有大量氣泡，應處理滲漏、排空氣并補充動轉油。

②動轉油過臟，造成油罐進出油不暢，應清洗油罐并更換動轉油。

⑧轉向泵傳動帶打滑、松動，應予調整或更換。

④轉向泵損壞或磨損嚴重，應予修理或更換。

⑤動轉油管在安裝和連接過程中有堵塞、彎折或產生共振及進出油不暢現(xiàn)象，應予以疏通、調整。

⑥動轉泵壓力、揚程不足，造成過度疲勞出現(xiàn)異響，應聯(lián)系售后服務站進行更換。

3.2.3故障診斷方法

根據(jù)經(jīng)驗，當駕駛室員在轉動方向盤時，轉向系發(fā)出‘咔噠咔噠”聲，在已排除轉向泵葉片噪聲的情況下，則由轉向泵皮帶輪出現(xiàn)松動引起;轉向時發(fā)出“嘎吱嘎吱”聲，則一般由轉向泵傳動帶打滑引起;當轉向時轉向泵發(fā)出“咯吱咯吱”聲，是由于系統(tǒng)中有空氣造成;發(fā)出“嘶嘶嘶嘶”聲時，而且系統(tǒng)無油液泄漏，轉向泵傳動帶張緊度也合適，則由油路不暢引起，具體按圖7所示循環(huán)球液壓助力轉向系轉向異響常見故障原因診斷流程找出故障的根源所在。

3.3轉向跑偏、不回正

3.3.1故障現(xiàn)象

當駕駛室員在駕駛車輛行駛過程中，明顯感覺到車輛自動偏向一邊，必須把方向盤用力把住，才能保持車輛直線行駛，同時在車輛轉向完成駕駛員雙手松開方向盤后，方向盤不能很好的回正。這種情況下車輪會繼續(xù)拽著轉向橫拉桿無法及時回位，車輛繼續(xù)出現(xiàn)跑偏，由于主銷傾角的存在和輪胎外傾的設計，輪胎并不完全是胎面著地，而是胎肩和一部分胎面受力，因此對于輪胎的側壁壓力是比較大的，由于輪胎側壁相對比較薄，如果經(jīng)常這樣讓輪胎不平衡受力，就會加快輪胎側壁的老化變形，輪胎側壁老化變形后，很可能引起漏氣或爆胎的情況發(fā)生。

3.3.2故障主要原因及處理方法

車輛轉向跑偏、不回正的原因多為轉向輪定位不當、左右轉向輪氣壓不等造成，當然，也有部分故障原因為轉向桿系出現(xiàn)扭曲變形、制動鼓與制動蹄片剮蹭、轉向節(jié)主銷與襯套間隙左右不一等，具體根據(jù)排查的先易后難主要有：

（D左右輪胎氣壓不等，應予以充氣調整。

②轉向桿系出現(xiàn)扭曲變形，應予以調整或更換。

⑧制動鼓與制動蹄片剮蹭，應予以調整或更換。

④轉向節(jié)主銷與襯套間隙左右不一，應予以調整。

⑤前輪定位失準或兩邊軸距不等，應予以調整。

3.3.3故障診斷方法

車輛轉向跑偏、不回正現(xiàn)象，看似故障不大，除直接影響駕駛員駕乘體驗外，因轉向輪定位失準，轉向不能自動回正，高速行駛時容易出現(xiàn)發(fā)飄的情況，而且還會造成輪胎偏磨，縮短輪胎的使用壽命，甚至會造成車輛跑偏，尤其是在急剎車時，跑偏會更為嚴重，影響駕駛安全。因此，在出現(xiàn)轉向跑偏、不回正時應立即停止行駛進行故障排查并解除，從而及時消除安全隱患。

4結語

總之，車輛轉向系統(tǒng)直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性，對汽車的行駛安全至關重要，因此在轉向器出現(xiàn)故障時應充分分析故障原因或故障可能存在的部位，借助于經(jīng)驗以及現(xiàn)代檢測儀器和方法，對可能存在的故障部位或元器件進行檢測，能夠快速準確地診斷并排除故障，進而提高車輛檢測與故障診斷的效率，降低車輛維修成本，做到安全舒適駕駛。

（注：本文作者單位，東風汽車股份有限公司商品研發(fā)院）