液壓轉向器極限回舵液壓異響分析及改進

劉雁冰, 王會敏

(1.豫北轉向系統(新鄉)有限公司 ，河南新鄉453003；2.新鄉航空工業(集團)有限公司 ，河南新鄉 453000)

0 引言

隨著科技的發展，汽車發動機、傳動系、內飾件等NVH性能逐漸提升，轉向系統的NVH問題逐漸凸顯出來，而且轉向NVH問題非常容易被駕駛員感知，引起抱怨。因此對轉向系統的NVH問題研究迫在眉睫，如何提升轉向系統NVH性能也是各廠家在產品開發過程中重點研究方向。

本文作者所述的是液壓轉向器在極限回舵時產生的一種液壓異響，通過機制分析提出了改進方向，并通過實車驗證證明方法可行。

1 動力轉向系統工作原理

汽車轉向系統是控制汽車行駛方向的一個重要系統，對于汽車轉向系統，它直接影響汽車的穩定性和操縱性。除了要求其操縱輕便、安全可靠外，還要求其在不同工況下，能夠按照駕駛員的操作正常工作，提供最佳的路感。

動力轉向系統是在傳統機械轉向系統的基礎上增加了動力系統，現階段主要是液壓和電機兩種動力系統，文中講述的是液壓動力轉向系統，液壓轉向系統由動力轉向器、方向盤、管柱、高低壓油管、油壺等組成，如圖1所示。其工作原理是油泵在發動機的帶動下從油壺吸油，并通過油泵葉片將油液壓出提供動力給轉向器，轉向器根據內部閥組件控制油液的流向，從而實現左右轉向和直行，油液再經過轉向器回油口回到油壺，完成一個循環作用。其中動力轉向器是轉向系統的重要子系統，起執行作用，動力轉向器的核心控制部件是閥組件，如圖2所示。駕駛員轉動方向盤，扭矩通過管柱傳遞到動力轉向器的輸入軸(連接閥芯)，因為輪胎的阻力矩作用，閥套在轉向拉桿、齒輪的約束下保持不動，閥套和閥芯之間便產生一個旋轉角度，調整進入轉向器左右兩缸的流量，從而實現轉向功能。當方向盤沒有轉動，閥套和閥芯之間沒有旋轉角度，車輛則實現直行[1]。

圖1 齒輪齒條動力轉向系統

圖2 轉閥剖視圖

2 液壓轉向器極限回舵液壓異響產生的機制及改進方案

2.1 液壓轉向器極限回舵液壓異響產生的機制

圖3為右轉向閥組件剖視圖，當車輛原地轉向到接近極限位置時，右邊閥芯和閥套之間的間隙變小，來自油泵的流量大部分進入左缸，此時轉向系統壓力接近工作壓力極限，在這個時候回舵時，由于閥組件內扭桿的回彈作用，閥芯會迅速恢復到中位，此時系統壓力也會瞬間下降[2]，壓力從高到低的變化會產生一個液壓沖擊，導致轉向系統產生液壓波動，進而產生異響。

圖3 右轉向閥組件剖視圖

2.2 改進方案

解決極限回舵異響的根本就是降低液壓沖擊，而液壓沖擊的大小和流量大小、扭桿剛度、閥芯閥套之間的閥間隙截面積的變化有關。降低轉向系統的流量，有可能導致快打方向沉新的故障，在工程應用中常采用通過更改閥平面參數，來實現閥間隙截面積變化，降低壓力沖擊，這種方法可以保證系統流量不降低、扭桿剛度不變化的情況下解決異響，并且最小程度地影響操縱穩定性能[4]。閥平面參數的影響可以直接反映到閥特性曲線上，如圖4所示，降低沖擊也就是減小回舵曲線的斜率。

圖4 閥特性曲線

3 整車測試

3.1 數采系統設備

文中實車的試驗使用了東方所數采設備(8通道)，表1所列為測試的主要設備。

表1 測試主要設備

3.2 傳感器的連接

因為是液壓沖擊產生的異響，所以轉向器進回油壓力是重點測試對象[3]，伴隨著異響有振動產生，所以對轉向器油管進行了加速度測試,如圖5所示。

圖5 測試圖

4 測試結果分析

在打舵時，轉向器進油口、回油口、加速度三者曲線均正常，但是在回舵時三者曲線均出現異常波動并伴隨異響，和故障現象吻合，對曲線進行放大，三者波形吻合，說明異響是由液壓沖擊產生的波動引起，如圖6所示。

圖6 原狀態測試曲線

對閥平面參數進行優化，降低回舵曲線的斜率后(圖7)，只更換轉向閥組件，其余零部件均不變化，再次按照原狀態的測試工況進行測試，由圖8可看出，回舵異常波動消失，和打舵一致，主觀評價無異響，客觀測試結果與主觀評價相吻合。一方面證明通過變更閥平面參數可以有效抑制回舵液壓異響，另一方面證明此測試方法有效。

圖7 閥特性曲線比對

圖8 改進狀態測試曲線

5 結論

通過文中的分析可知，當液壓轉向系統出現極限附近回舵液壓異響故障時，可以采用變更閥平面參數的方法有效消除異響，該改進方案具有改進周期短、對轉向系統性能影響有限等優點，為解決此類故障提供了參考。