某車型轉向系統液壓助力失效機理分析

陳移鳳

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

液壓助力轉向系統主要由液壓助力和機械轉向兩部分組成。液壓助力轉向系統的液壓轉向泵由發動機驅動，通過液壓轉向泵輸出壓力來推動轉向器，從而實現助力轉向[1]。

無論汽車是行駛還是原地怠速，且無論汽車是否轉向，液壓助力轉向系統都要工作以提供助力。當液壓助力轉向系統失效，將導致汽車轉向沉重故障，而引起該故障的原因包括轉向液加注量不足、轉向系統清潔度差、轉向泵定轉子組件間隙過大或過小、轉向泵進油不暢、轉向泵出油不暢等。文章對某車型轉向系統液壓助力失效導致轉向沉重的實例分析，通過對故障件的分析、故障車的故障再現以及改進方案的故障再現驗證，確認導致液壓助力失效的根本原因，并采取有效措施解決了問題。

1 液壓助力轉向系統的構成及工作原理

液壓助力轉向系統主要由整體式轉向器、液壓轉向泵、儲油罐、油管四部分組成。

液壓轉向泵安裝在發動機上，由曲軸通過皮帶驅動或通過齒輪嚙合驅動，向外輸出液壓油，儲油罐通過吸油管、回油管分別與液壓轉向泵和轉向器連接。

液壓助力轉向系統示意圖如圖1所示，當汽車直線行駛時，轉向器內控制閥將液壓轉向泵輸出的液壓油與儲油罐相通，轉向泵處于卸荷狀態，轉向器不起助力作用。當汽車需要右轉向時，駕駛員向右轉動方向盤，轉向器內的控制閥將轉向泵輸出的液壓油與轉向器R腔接通，將L腔與儲油罐相通，在液壓油的作用下，活塞向下移動，通過傳動結構使左、右輪向右偏轉，從而實現向右轉向。向左轉向時與上述情況相反[2]。

圖1 液壓助力轉向系統示意圖

2 液壓助力失效故障分析

市場上某輕卡車型售后客戶反饋，車輛低速行駛轉彎偶發性出現液壓助力轉向失效故障，導致轉向沉重，輕踩油門轉向時，轉向助力恢復。根據故障現象，首先檢查原地轉向時無轉向異響，排除轉向泵進油不暢故障因子。觀察轉向時儲油罐內轉向液無翻滾氣泡，排除轉向系統有空氣進入故障因子；檢查轉向管路裝配及固定支架，未發現管路折癟，轉向液無泄漏，排除轉向系統漏油和裝配不當故障因子[3]。

對比故障車與非故障車差異，通過兩臺車轉向系統零件互換裝車路試，確認肇事故障件為轉向泵。

因此，對轉向泵可能導致轉向沉重的可疑因子詳細分析，以判斷故障原因。

2.1 轉向泵清潔度檢測

首先根據清潔度檢測規程，檢測故障件轉向泵清潔度，包括雜質總重量及顆粒度。

通過清潔度掃描儀/全自動顆粒度檢測儀，使用5/150 μm濾膜收集轉向泵泵蓋、泵體內腔、泵總成內部組件沖洗后清洗劑中的雜質，烘干濾膜并稱重。

清潔度檢測數據如表1所示，測試結果顯示轉向泵清潔度合格。

表1 清潔度檢測匯總

2.2 轉向泵氣密性測試

氣密試驗臺上，轉向泵進油口密封，出油口連接氣密試驗通氣管，將轉向泵完全浸入水中，通入0.1 MPa氣壓，保壓10 s，觀察保壓期間被測轉向泵無氣泡產生，測試結果合格。

2.3 轉向泵性能測試

性能測試臺檢測轉向泵性能，測試數據安全閥開啟壓力、流量曲線等均符合設計要求，如表2所示。

2.4 轉向泵拆解分析

故障件轉向泵拆解分析，目視檢查轉子/葉片/配油盤/定子，定轉子組件，無異常磨損，如圖2所示。

表2 性能測試數據匯總

圖2 故障件轉向泵定轉子組件圖

轉向泵閥組件檢測，與泵體閥孔配合表面無異常磨損，閥組件解體檢查無雜質，無卡滯。閥組件結構示意圖如圖3所示。

圖3 轉向泵閥組件結構示意圖

故障件與新轉向泵拆解零組件尺寸對比如表3所示，通過關鍵組件尺寸檢測分析，均符合設計要求。

表3 轉向泵內部組件尺寸對比

解剖轉向泵的泵體進、出油油道，檢查油道是否有機加工毛刺或雜質堵塞，對比故障件油道狀態，確認轉向泵總成閥堵頭裝配后，局部遮擋轉向泵高壓出油口，存在出油不暢風險，圖4為泵體剖切圖。

圖4 泵體剖面圖

基于轉向泵安全閥開啟時工作原理如圖5所示，轉向泵壓力是同外負載（方向機）所提供的，當外負載壓力增加到超過安全閥壓力時，安全閥打開，產生旁道流量Qv，由于油泵阻力孔A的原因使Psv＜Ps，主閥芯兩端壓差增大，主閥芯的開啟度加大，產生了更大的旁道泄漏，油泵的恒流特性受到破壞，但壓力卻相當于恒壓輸出，此時安全閥打開產生的旁道回油流量Qv及主閥芯的回油Qb進入油泵吸油口，定量葉片泵重新泵出。這部分轉向液在泵內部高速內循環產生高熱，使油泵配油盤等零部件加速磨損。同時，油泵的高壓腔與低壓腔溝通，使方向機在負載增加時建立不起工作壓力，轉向器操縱困難，油泵轉向沉重。轉向泵安全閥開啟時轉向泵流量及壓力關系滿足下列公式：

式中，Psp為定量葉片泵出油壓力（MPa）；Ps為轉向泵供給方向機壓力（MPa）；Psv為油泵阻力孔后端壓力（MPa）；Fs0為流量閥彈簧預緊力（N）；Ks為彈簧剛度（N/mm）；Xv為主閥芯開啟度（mm）；Qp為定量葉片泵輸出流量（L/min）；Qb為主閥芯開啟回油流量（L/min）；Qv為旁道流量（L/min）；△P為主閥芯前后的壓差（MPa）。

圖5 轉向泵在開啟壓力下工作原理圖

故障件轉向泵輸出到方向機高壓油道由于部分被遮擋，出油不暢導致背壓增大，當背壓達到轉向泵安全閥開啟壓力，使轉向泵提前卸壓，則會導致轉向系統液壓助力失效，駕駛員轉向時出現轉向沉重。

3 改進方案及驗證

根據轉向泵的閥工作原理推導，判斷導致轉向系統液壓助力失效的根本原因為轉向泵高壓出油油道遮擋，為了驗證該論斷的正確性，采取改進措施，改制將遮擋出油油道的閥堵頭螺紋長度改短，以保證轉向泵高壓出油口油道暢通不被遮擋。

將轉向泵故障件恢復裝車，通過整車路試試驗，低速轉彎時偶發轉向系統液壓助力失效故障再現。通過單因子驗證方法，將改進措施優化后的轉向泵閥堵頭更換到轉向泵故障件上驗證，同臺車同試驗路況，經1 000 km循環試驗，低速轉彎時偶發轉向系統液壓助力失效故障消除。最后再次故障再現驗證，將轉向泵故障件的原狀閥堵頭換回，再次路試結果故障仍然再現。

通過理論分析推導，結合實車故障再現驗證，確認該案例中轉向系統液壓助力失效的根本原因為轉向泵高壓出油不暢，導致出現偶發低速轉彎時轉向沉重。

4 結論

文章通過實際工作中遇到的典型故障案例，通過大量數據的采集分析，從轉向泵組件尺寸、性能參數、泵體結構、閥體工作原理各方面展開分析，結合轉向泵閥系統工作原理合理推斷故障原因，并對推斷觀點實踐驗證，在整車上故障再現A-B-A驗證，從理論和實踐兩方面驗證故障原因分析的準確性的方法，在實際問題分析中值得借鑒。