液壓轉向系統液壓沖擊異響分析及改進

鄭勇，劉科陽

液壓轉向系統液壓沖擊異響分析及改進

鄭勇1，劉科陽2

（1.江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052； 2.航空工業新航豫北轉向系統（新鄉）有限公司，河南 新鄉 453003）

文章先介紹了液壓轉向系統的工作原理、液壓沖擊異響產生的機理及表現形式，然后提出了常見的解決方法及測試方法，并驗證方法可行，為解決此類故障提供了思路。

液壓轉向器；液壓沖擊；NVH

引言

隨著汽車整體品質的提升，客戶對NVH性能要求也越來越高，特別是汽車轉向系統的NVH問題，非常容易被駕駛員感知，引起不悅。關于液壓轉向系統的NVH問題，需充分了解液壓轉向器結構、液壓系統、流體力學等工作原理[1]，方能從機理上充分分析液壓轉向系統的NVH問題，且找到有效的改進措施。

本文所述液壓轉向系統沖擊異響是指車輛在顛簸路面上行駛時，轉向器會產生連續的“嗒嗒嗒”異響，通過中間軸、管柱、方向盤等部件傳遞到駕駛室，引起客戶的抱怨。

1 液壓轉向系統工作原理

1.1 液壓轉向系統介紹

如圖1所示，液壓轉向系統由轉向盤、轉向軸、齒輪齒條式整體動力轉向器、轉向液壓泵和轉向油罐等組成。其中，齒輪齒條式整體動力轉向器由轉向控制閥、齒輪齒條式轉向器、轉向動力缸構成。轉向液壓泵安裝在發動機上，由曲軸通過皮帶驅動，將油從轉向油罐處吸入并向轉向控制閥供給液壓油。轉向油罐進、出油管接頭通過油管分別與轉向液壓泵和轉向控制閥連接。轉向控制閥通過改變液壓油路來改變動力傳遞路線。轉向動力缸內由活塞分隔成左右兩個工作腔，工作腔通過油道分別與轉向控制閥連接[2]。轉向控制閥來控制車輛的直行、左轉、右轉。

1-轉向盤 2-轉向軸 3-齒輪齒條式轉向器 4-轉向控制閥 5-齒輪齒條式轉向器 6-轉向動力缸 7-轉向油罐 8-轉向液壓泵

1.2 轉向閥工作原理

轉向控制閥如圖2 所示，主要由閥體、閥芯及扭桿組成。扭桿一端和齒輪固定，一端和轉向軸固定。當通過方向盤驅動轉向軸旋轉式，扭桿會帶動閥芯和閥體1發生相對角度的旋轉。控制閥閥體呈圓筒狀，其外圓表面有三道較寬且深的油環槽和四道較窄淺的密封環槽，各油環槽的底部均開有與內壁相通的油孔，中間油環槽的油孔是進油通道，與轉向液壓泵相通；兩側油環槽的油孔，分別與轉向動力缸的左腔、右腔相通，密封環槽安裝有密封圈組件。閥芯也制成圓筒狀，其外圓表面與閥體滑動配合，二者可以相對轉動。閥芯與閥體配合間隙很小，配合精度很高，二者組成偶件。在閥體的內表面，與左腔和右腔相通的油孔處制有六條不貫通的縱槽，形成六道槽肩。閥芯外圓表面上也有六條不貫通的縱槽，形成六道槽肩，分別與閥體的槽肩和縱槽配合形成液體流動間隙，在閥芯的六條縱槽上均有三個等間隔的徑向通孔，此油孔通向轉向油罐，用于流通液壓油[3]。

4、11-閥體 2-轉向齒條 3-轉向齒輪 5、9-扭桿 6-轉向軸 7-閥芯 8-與轉向油罐相同 10-閥門孔

2 液壓沖擊異響產生的機理及改進方案

2.1 液壓沖擊異響沉故障產生的機理

車輛在顛簸路面行駛時，輪胎會受到來自路面的沖擊力，輪胎通過轉向拉桿把沖擊力傳遞到齒條上，齒條帶動齒輪旋轉運動，但是因為方向盤自身慣性以及駕駛員對方向盤的作用力，轉向軸存在繼續保持靜止的慣性，這個時候閥芯和閥體會產生一個旋轉角度，扭桿發生便信息給，轉向系統會通過油泵輸出動力來克服地面傳遞過來的沖擊力，因為顛簸路面傳遞過來的沖擊力是快速連續的（圖3），所以油泵輸出的動力也是快速連續的，就產生了液壓沖擊，在路面沖擊力和液壓系統油泵輸出力的兩個力的共同作用下，齒條會帶動齒輪做快速沿齒條軸向的往復運動，從而產生齒輪齒條嚙合異響。此故障還有一個典型特征，溫度越高越容易出現異響，因為油液粘溫特性的緣故，油液在高溫下粘度降低，阻尼效果下降。

圖3 轉向器拉桿力曲線

2.2 改進方案

解決液壓沖擊異響的出發點就是降低液壓沖擊，常見的方法有增加回油管軟管長度（圖4）或者增加節流閥（圖5）。因為橡膠吸振的緣故，增加回油管軟管長度可以有效降低液壓沖擊。節流閥分三段圓柱形，兩頭粗中間細，方便用卡箍固定在油管內部，內部是一個φ3mm左右的通孔，用來消減液壓沖擊。

圖4 油管比對

圖5 節流閥

3 整車測試

3.1 測試設備信息

表1 主要測試設備信息表

實車測試試驗采用了LMS數采設備（16通道），表1所列為主要測試設備信息。

3.2 傳感器的連接

因為異響是因為齒輪齒條嚙合產生的，而嚙合處的振動直接傳遞到調整體部件。因此采用加速度傳感器對調整體的振動情況進行測試。（見圖6）。

圖6 調整體部位加速度測試

4 測試結果分析

從圖7可以看出，車輛原始狀態下，調整體處加速度達到40g，主觀評價異響明顯；更換為改進后油管加節流閥狀態時，調整體處加速度降低為6g，主觀評價無異響。客觀測試結果與主觀評價相吻合。一方面證明通過增加回油管軟管長度和節流閥可以有效抑制液壓沖擊異響，另一方面證明異響來自于嚙合部位，通過測試調整體振動情況的測試方法有效。

圖7 加速度測試曲線

5 結論

綜上可知，通過增加回油管軟管長度和節流閥可以有效消除液壓轉向系統異響，此改進方案具有周期短、成本低、對轉向系統性能影響小等優點。

[1] 王伯雄.測試技術基礎[M].清華大學出版社,2012.

[2] 肖生發,趙樹朋.汽車構造[M].中國林業出版社,2006.

[3] 陳奎生.液壓與氣壓傳動[M].武漢理工大學出版社,2002.

Analysis and improvement of abnormal sound of hydraulic shock in hydraulic steering system

Zheng Yong1, Liu Keyang2

( 1.Jiangling Motors Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330052;2.Yubei (Xin Xiang) Power Steering System Co., Ltd, Henan Xinxiang 453003 )

This paper first introduces the working principle of hydraulic steering system, the mechanism and expression of hydraulic shock abnormal noise, then proposes common solutions and test methods, and verifies that the method is feasible, and provides ideas for solving such failures.

Hydraulic steering gear; Hydraulic shock; NVH

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.024

U463.4

B

1671-7988(2021)04-78-03

U463.4

B

1671-7988(2021)04-78-03

鄭勇，就職于江鈴汽車股份有限公司。