动力转向系统与部件性能差异试验分析

黄善女 孙云峰

【摘要】分析了汽车动力转向系统主要部件匹配试验与台架试验相互间的关系和差异，揭示了产生这些差异的原因，阐述了动力转向系统匹配的相关注意事项，为动力转向系统的匹配试验研究和匹配评价提供了依据。

【关键词】汽车动力转向系统；系统匹配；匹配性能

1.试验问题回顾及解决方案

1.1试验问题回顾

2009年12月份，某轿车在试验场性能试验和可靠性试验中出现转向沉重并伴有间断性发滞。2010年3月份，某轻型客车在试验场进行性能试验和主观评价试验时，驾驶员发现转向过程中，转向力矩不均匀，转向手感很差，严重影响产品的性能及主观评价。

此类问题产生的主要原因是：在设计开发中，没有利用台架试验分析部件性能在集成到转向系统中存在的性能差异；没有利用台架试验数据验证并修正设计方案。转向系统各部件设计参数选取时，由于没有利用台架试验验证循环管路阻尼大小对转向器阻力矩，转向器流量等的影响，只根据理论计算确定转向器总成参数、转向泵型号，各段管路管径等，从而造成动力转向系统性能不达标，反映在整车上即为转向沉重。同时，方向盘、转向管柱、万向节、转向传动轴等组成的转向操纵机构，通过万向节和转向器的转向柱连接。

1.2试验解决方案

液压助力转向系统中的储油罐、动力转向油泵、动力转向器、转向操纵机构、高压管以及各进出油管都按实车安装的形式进行布置，以转向油泵的进油口为参照点，依次确定各部件的相对三维坐标，分别在储油罐的出油口、转向油泵出油口、动力转向器的进出油口安装真空传感器或压力传感器。转向油泵由变频电机经皮带升速后驱动，用转速传感器测量油泵转速。动力转向器输入端由伺服电机经减速机构驱动，在动力转向器输入端同时安装转矩传感器和光轴编码器，测量转向器输入转矩和旋转角度，在转向器输出端施加模拟载荷，转向管柱和转向传动轴通过特制试验夹具固定在试验台台架上，并根据试验要求调整十字万向节角度。液压助力转向系统、变频电机、伺服电机、模拟加载器都集成到铁地板上。

2.各部件性能对比分析

2.1转向操纵机构和转向器匹配性能分析

根据QC/T 529-2000汽车动力转向器总成台架试验方法可知：空载力矩试验时，转向器不加载、不供动转油，所以，空载转向力矩试验排除了循环管路、储油罐、转向器负载等对转向器性能的影响，转向操纵机构和转向器匹配空载力矩试验主要用于考核和评价转向操纵机构中十字万向节角度的合理性。

2.2 转向油泵和转向器匹配性能分析

转向器的主要性能之一是转向手力特性，图7为B926轿车转向系统中的动力转向器在台架试验中的转向手力特性曲线图。从图7可知，随着路面转向阻力的增大，转向器能够提供相应的助力，当转向输入转矩为6.5N·m左右时，就能产生6.9MPa的工作压力，该转向器在台架试验中表现出良好的对称性和很好的助力，也符合设计要求，即在输入转矩为6～8N·m 时产生6.9MPa的压力。转向器转阀是实现转向器助力的核心部件，然而其动力源却由转向油泵提供，它需要转向油泵提供适当的流量和压力，即转向油泵的流量特性和额定压力。图8和图9为转向油泵在台架试验时的流量特性。

2.3 循环油路的评价方法、性能分析

整个转向系统中的循环油路包括吸油管、高压管、回油管、接头等。高压管不仅要承受高压，而且还得承受车辆行驶过程中由于路面冲击和转向盘扰动而产生的压力脉动；回油管中还包括冷却管路。由于受布置的影响，以及一些功能需求的原因，循环油路必定对转向系统产生影响。如何评价循环油路的好坏，对整个转向系统的评价是很重要的。结合系统匹配试验经验及解决实际试验问题总结，可以从如下几个方面对循环油路的性能进行考核。

2.3.1 油液抽吸能力

循环油路中接头较多，油管材质既有橡胶的，也有铜质的。由于管路的密封质量以及管路中的存量空气，当油液在管路中循环时可能会引起乳化或产生气泡，而当油液乳化或产生气泡时，可能会引起气穴噪声，导致转向系统助力性能下降。为了检测转向系统油液抽吸能力，可将转向系统调至水平状态，向储油罐中加注规定的转向用油至最大允许液面，等待2min后补充加注油液至最大允许液面；启动转向油泵至1000r/min，并保持2min （液压助力转向器不工作）；运行转向器在全行程的90%范围内空载转动5次以上；将储油罐中油液维持到允许的最低液面，系统再运行2min后检查储油罐中油液是否有乳化现象，转向油泵是否有气穴噪声。

2.3.2 倾斜吸油能力

循环油路中还应考虑储油罐与转向系统的匹配，储油罐除了为转向系统提供适量容积的油液、散热、过滤油中杂质外，在匹配试验中更应考虑在实际路况中（如上坡、下坡、左转、右转）储油罐的容量设计是否合理，油液是否产生漩涡、气泡、乳化等不利现象。当储油罐中油液位于最小液面处时，将转向系统调整到直线行驶位置，启动转向油泵至一定转速，再慢慢地倾斜储油罐固定支架，分别模拟实际路况的上坡坡度、下坡坡度、左转坡度、右转坡度，观察储油罐出油口的现象。

2.3.3 系统压降

油管的长短、粗细、形状都会引起压降。可以通过测量系统压降（包括吸油真空度、转向油泵出油口压力、转向器进油口压力和出油口压力）来评价循环油路的性能。使油液温度稳定在一定温度（如30℃和80℃两种情况） ，将转向器调整至直行位置，调整转向油泵转速至500r /min，再慢慢增加其转速至5000r/min，测量吸油真空度、转向油泵出油口压力、转向器进油口和出油口压力与油泵转速的关系曲线。

3.结论

1.通过对动力转向系统的空载力矩特性、转向手力特性、流量特性、最大工作压力、油液抽吸能力、倾斜吸油能力、系统压降等的测量，并分别与独立的动力转向器的空载力矩特性转向手力特性、转向油泵的流量特性和最大工作压力、储油罐的容量和允许倾斜角、高压管等的设计指标及台架试验结果相比较，通过分析，找出了产生差异的原因，对动力转向系统的匹配试验研究和匹配效果评判提供了一种思路。

2.通过解决试验和实际中存在的动力转向系统问题，我们总结出：台架试验和台架匹配试验在整车开发中的重要作用。即节省了开发成本，又提高了开发进度，整车开发中，台架试验验证要提到很高的高度充分利用起来。

3.在实际的设计开发中，設计人员无法充分考虑部件在系统中实际使用状态以及不同使用状态下性能存在的差异，必须结合各种实际试验数据来指导和修正设计方案。

参考文献

[ 1 ] 黄亚玲 汽车转向技术发展综述 民营科技，2009.

[ 2 ] 余 敏 动力转向器试验台机械结构设计 机械研究与应用，2004.

[ 3 ] 林 逸 汽车转向感觉主观评价试验方法综述 公路交通科技，2007.

[ 4 ] 曹忠艳 动力转向系统液压匹配和参数选取 汽车技术，2003.