液壓轉向系統(tǒng)臺架耐久試驗研究

趙贏

(中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

液壓轉向系統(tǒng)臺架耐久試驗研究

趙贏

(中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122)

通過分析液壓助力轉向系統(tǒng)各子零件的臺架耐久試驗，提出了采用5通道試驗臺模擬系統(tǒng)耐久試驗。以某轉向系統(tǒng)為例，設計了全壽命周期耐久臺架試驗規(guī)范，為進一步研究系統(tǒng)耐久打下堅實基礎。

液壓助力轉向系統(tǒng)；臺架耐久試驗；5通道試驗臺

0 引言

液壓助力轉向系統(tǒng)(HPS)(1)主要由油壺、液壓油管(高壓管、低壓管、冷凝管)、轉向輸入軸、中間軸、液壓轉向器、調(diào)節(jié)結構等組成一個有機整體，具有傳遞助力、反饋路感和防盜功能，如圖1為系統(tǒng)三維裝配結構圖。

作為車輛上一個極其重要的系統(tǒng)，其耐久性的優(yōu)劣直接影響到整個車輛的使用壽命和客戶對車輛品牌的評價，因而具有重要的研究意義。

文中詳細地分析了轉向系統(tǒng)各子零件的臺架耐久試驗方法的差異性，結合系統(tǒng)的實際使用工況和環(huán)境，提出了采用5軸系統(tǒng)試驗來綜合評價系統(tǒng)耐久性，進一步全面地考核系統(tǒng)的耐久性能和發(fā)現(xiàn)各子零件耦合后產(chǎn)生的異常現(xiàn)象。

1 系統(tǒng)中各子零件耐久試驗對比分析

轉向系統(tǒng)中各子零件臺架耐久試驗主要考核車輛實際行駛工況下(冬季、夏季；轉彎、直行、上坡、下坡、前進、后退；瀝青路面、壞路；極限駕駛、正常駕駛等)，各子零件在不同溫度(環(huán)境溫度)、油溫、負載(轉向拉桿兩端載荷)等條件下的耐久性，如轉向機缸筒和活塞密封耐久性、轉向管柱動態(tài)扭轉疲勞、轉向機駐車耐久等，具體如表1—4所示。

表1 轉向器耐久試驗

注：pmax為最大工作油壓；Tmax為最大工作油溫；RT.為室溫(25±3) ℃；Fmax為最大設計載荷

表2 轉向管柱耐久試驗

注：RT.為室溫(25±3) ℃

表3 轉向油管耐久試驗

注：RT.為室溫(25±3) ℃

表4 轉向油泵耐久試驗

注：pmax為最大工作油壓；RT.為室溫(25±3) ℃

由表1—4可以看出轉向系統(tǒng)各子零件耐久試驗主要考慮幾個方面：

(1)路面沖擊對零件的影響，如轉向軸承、壓塊間隙等；

(2)溫濕度、光照老化對橡膠件的影響，如油管、油泵密封件等；

(3)行駛工況變化對零件的影響，如駐車耐久試驗(圖2)、全壽命耐久試驗(圖3)等。

為更好地評價單個零件的耐久性能，又可以評價各子零件間聯(lián)接的可靠性，更能接近實車，可考慮整個液壓轉向系統(tǒng)耐久性，綜合溫濕度、路面沖擊，前橋載荷等。

2 系統(tǒng)試驗

液壓轉向系統(tǒng)臺架試驗不僅可以考核整個轉向系統(tǒng)的性能，如背壓、突然轉向時力矩變化、坑洼路面的方向盤沖擊、俘獲、噪聲等性能，而且可以通過五軸系統(tǒng)試驗臺嚴格考核系統(tǒng)中各零件耐久和相關連接件耐久，更能模擬轉向系統(tǒng)整個生命周期的壽命試驗，進而可取代整車路試對系統(tǒng)耐久考核。試驗過程中需注意：

(1)滿足各零件硬點布置要求(三維空間)；

(2)螺母、螺栓等擰緊力矩與實車一致；

(3)油管走向與實車一致，拉桿載荷譜能再現(xiàn)實車路譜或者等效；

(4)模擬環(huán)境溫濕度控制。

作者根據(jù)多年工作經(jīng)驗，深入分析研究，提出采用5軸轉向系統(tǒng)試驗臺進行系統(tǒng)耐久試驗。

2.1 系統(tǒng)試驗臺架

液壓轉向系統(tǒng)測試臺架為5通道獨立伺服控制液壓操縱系統(tǒng)，如圖4所示，其原理圖如圖5所示。

2.2 系統(tǒng)全壽命耐久試驗設計

系統(tǒng)全壽命耐久是模擬整車使用壽命內(nèi)轉向系統(tǒng)的壽命，即模擬不同溫度(冬季、夏季)、不同路面(瀝青路、山路等)、不同工況(緊急避險、駐車等)、不同載重(輕載、滿載)條件下，轉向系統(tǒng)等整個使用壽命范圍內(nèi)的轉角、轉速、拉桿載荷、循環(huán)次數(shù)、溫度的正交組合，其臺架試驗可以通過5通道試驗臺來完成；它由4個高精度直線液壓伺服缸和1個高精度的旋轉液壓伺服缸組成。兩個水平作動器可精確模擬轉向拉桿兩端載荷，兩個垂直作動器模擬拉桿兩端擺動，旋轉伺服缸模擬方向盤轉角。

試驗載荷。采集整車普通道路耐久拉桿載荷、拉桿擺動角度、方向盤轉角、方向盤速度、車速、溫度等，通過時域路譜、頻率功率譜、穿級計數(shù)等方法簡化后通過伺服液壓系統(tǒng)再現(xiàn)。

試驗次數(shù)： 計算不同組合下的循環(huán)次數(shù)。

以某轉向系統(tǒng)為例，設計如下全壽命周期的臺架耐久試驗，一個大循環(huán)載荷角度分布見表5，具體大循環(huán)次數(shù)以實車數(shù)據(jù)采集為準。

臺架搭建。整個系統(tǒng)按照實車三維空間坐標布置，進油管、回油管、吸油管走向與實車一致；溫度載荷可通過環(huán)境箱模擬；螺母、卡箍、擰緊力矩按照設計圖紙。

表5 1個大循環(huán)壽命耐久試驗

3 總結

詳細分析了轉向系統(tǒng)各子零件的臺架耐久試驗，提出了采用5通道試驗臺模擬系統(tǒng)耐久試驗。以某轉向系統(tǒng)為例，設計了全壽命耐久臺架試驗規(guī)范，為進一步研究系統(tǒng)耐久打下堅實基礎。

【1】 程飛，顏堯，李玉琴，等．汽車動力轉向系統(tǒng)匹配試驗研究[J]．汽車工程，2008，30(7)：18-20.

StudyonDurabilityBenchTestforHydraulicPowerSteeringSystem

ZHAO Ying

(China Automotive Engineering Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 401122,China)

Through the analysis of bench durability test of each subsystem of hydraulic power steering system, the 5-channel test rig was presented to simulate system durability test.Taking a steering system as an example, the whole life cycle durability bench test specification was designed.It provides a foundation for the further study of system durability.

Hydraulic power steering system; Durability bench test; 5-channel test bench

2014-07-10

趙贏(1980—)，男，本科，工程師，研究方向為汽車試驗測試。E-mail：ccarizhaoying@sina.com。