汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦分析優(yōu)化

徐宇航

摘 要：文章針對某車型電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向力發(fā)澀及轉(zhuǎn)向回正殘余角偏大的問題，利用實(shí)車測試及理論計算對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦進(jìn)行了分析。根據(jù)分析結(jié)果采用降低電動轉(zhuǎn)向管柱摩擦及優(yōu)化助力曲線等措施進(jìn)行控制。通過對比優(yōu)化前后的轉(zhuǎn)向力及回正殘余角，證明所采取的措施有效。

關(guān)鍵詞：電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向力；摩擦；轉(zhuǎn)向管柱

1 概述

隨著物質(zhì)生活和精神生活水平的不斷提高，人們對汽車的駕駛舒適性提出了更高的要求。轉(zhuǎn)向力是影響汽車駕駛舒適性的關(guān)鍵因素。當(dāng)車輛在城市道路行駛時必然會頻繁的打方向，此時車輛的轉(zhuǎn)向力的舒適性會嚴(yán)重影響駕駛員的駕駛心情和情緒。

某新開發(fā)車型在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，車輛打方向時轉(zhuǎn)向力有明顯的發(fā)澀、不平順的現(xiàn)象。若投放市場，必然引起客戶的強(qiáng)烈抱怨。因此必須對此轉(zhuǎn)向力進(jìn)行分析加以改善。

2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)車測試

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)扭桿的變形量由助力電機(jī)輸出助力，合適的助力可控制扭矩適中的轉(zhuǎn)向盤扭矩[1]。但轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的摩擦力會影響轉(zhuǎn)向力的感覺，不同的系統(tǒng)摩擦對于不同的車影響不同，所以可以在測試中獲取客觀數(shù)據(jù)，調(diào)整參數(shù)后，主觀評價轉(zhuǎn)向力感覺是否合適。同時較大的摩擦力也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向回正的能力。本車型轉(zhuǎn)向力需要有質(zhì)感、平滑感，回正殘余角15°以內(nèi)。

2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒條力測試

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒條軸力測試，見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)齒條力測試圖

以上測試條件，見表1。

表1 齒條力測試條件

車輛最大齒條力5.6kN，符合設(shè)計狀態(tài)。

2.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦力矩測試

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦力是影響汽車轉(zhuǎn)向力感覺的原因之一，調(diào)整摩擦力大小，可以改善整個系統(tǒng)的主觀感受。調(diào)整摩擦前測試的轉(zhuǎn)向力矩（關(guān)閉EPS，轉(zhuǎn)向器外球頭與轉(zhuǎn)向節(jié)斷開），見圖2。

圖2 轉(zhuǎn)向力矩測試圖

該車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦測試結(jié)果為：

左打轉(zhuǎn)向平均力矩：3.8N.m

右打轉(zhuǎn)向平均力矩：3.6N.m

2.3 改善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦力矩后測試

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相對液壓助力轉(zhuǎn)向摩擦力主要體現(xiàn)在渦輪蝸桿處[2]，經(jīng)過改善潤滑脂、除塵及微調(diào)間隙后，再次測試系統(tǒng)摩擦，見圖3。

圖3 改善后轉(zhuǎn)向力矩測試圖

該車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦測試結(jié)果為：

左打轉(zhuǎn)向平均力矩：2.3N.m

右打轉(zhuǎn)向平均力矩：2.2N.m

3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦分析

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦影響著轉(zhuǎn)向盤力矩對駕駛員的操縱感覺，同時對車輛回正起到一定的影響。

3.1 摩擦力對于轉(zhuǎn)向力的分析

轉(zhuǎn)向力=齒條力+摩擦-助力

僅從力的角度分析，助力電機(jī)可以提供額外的助力消除系統(tǒng)摩擦，從而使轉(zhuǎn)向力達(dá)到所需的大小。但是，系統(tǒng)摩擦給駕駛員帶來的主觀感受是不可消除的[3]。

當(dāng)系統(tǒng)摩擦過小時，駕駛員會感覺到轉(zhuǎn)向力過于空洞，沒有絲毫的阻尼感，同時路面的反饋會毫無保留的傳遞到方向盤上，方向盤頻繁的震動抖動令駕駛員感到難受且疲勞。

當(dāng)系統(tǒng)摩擦過大時，駕駛員會感覺轉(zhuǎn)向力有阻滯、發(fā)澀、不順暢，同時過多的吸收路面反饋會使車輛缺乏路感。

本車需求的轉(zhuǎn)向力需要有品質(zhì)感，摩擦帶來的反饋使轉(zhuǎn)向力即不空洞也沒阻滯感，這就需要調(diào)整轉(zhuǎn)向摩擦力后主觀評價了。

3.2 摩擦力對于轉(zhuǎn)向回正力的分析

回正力矩減去回正阻力矩即為凈回正力矩TF：

TF=Ta-M （1）

式中，Ta為總轉(zhuǎn)向回正力矩（包括定位回正力矩和側(cè)向力回正力矩），M為總回正阻力矩（轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的摩擦阻力矩和路面與輪胎之間的摩擦阻力矩）。

當(dāng)TF大于零時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可自動回正。

在不考慮EPS系統(tǒng)影響的情況下，汽車中、低速行駛時，車輪的回正力矩一般都能使車輪回正，即TF>0。但安裝了EPS系統(tǒng)之后，電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)的引入增大了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的慣性、阻尼和摩擦（設(shè)EPS系統(tǒng)引入的阻力矩為M1），可能會造成汽車低速行駛時轉(zhuǎn)向回正不足。因此要提高安裝EPS系統(tǒng)車輛的回正性能，就要設(shè)法消除M1的影響。

4 效果驗(yàn)證

4.1 改善摩擦后轉(zhuǎn)向力變化

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦力矩減小約1.5N.m后，轉(zhuǎn)向力阻滯感明顯下降，力矩表現(xiàn)為圓潤，具有質(zhì)感，駕駛時轉(zhuǎn)向輕便舒適。

4.2 改善摩擦后轉(zhuǎn)向回正變化

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦力矩減小后，左右轉(zhuǎn)向回正殘余角均有減小，同時，微調(diào)軟件回正控制后使回正殘余角小于15°，符合本車設(shè)計要求。

5 結(jié)束語

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦?xí)?dǎo)致轉(zhuǎn)向力的感覺及轉(zhuǎn)向回正性能，并嚴(yán)重影響駕駛員的駕駛心情和情緒，需加以控制和改善。文章通過對某車型采取優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦改善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能。通過對比優(yōu)化前后的轉(zhuǎn)向力感覺及轉(zhuǎn)向回正性能，表明以上措施對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能改善明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]汽車工程手冊編輯委員會.汽車工程手冊.設(shè)計篇[M].北京：人民交通出版社，2001，6.

[2]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.