液壓轉(zhuǎn)向器極限回舵液壓異響分析及改進(jìn)

劉雁冰, 王會(huì)敏

(1.豫北轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(新鄉(xiāng))有限公司 ，河南新鄉(xiāng)453003；2.新鄉(xiāng)航空工業(yè)(集團(tuán))有限公司 ，河南新鄉(xiāng) 453000)

0 引言

隨著科技的發(fā)展，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、內(nèi)飾件等NVH性能逐漸提升，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的NVH問題逐漸凸顯出來，而且轉(zhuǎn)向NVH問題非常容易被駕駛員感知，引起抱怨。因此對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的NVH問題研究迫在眉睫，如何提升轉(zhuǎn)向系統(tǒng)NVH性能也是各廠家在產(chǎn)品開發(fā)過程中重點(diǎn)研究方向。

本文作者所述的是液壓轉(zhuǎn)向器在極限回舵時(shí)產(chǎn)生的一種液壓異響，通過機(jī)制分析提出了改進(jìn)方向，并通過實(shí)車驗(yàn)證證明方法可行。

1 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是控制汽車行駛方向的一個(gè)重要系統(tǒng)，對(duì)于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它直接影響汽車的穩(wěn)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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了動(dòng)力系統(tǒng)，現(xiàn)階段主要是液壓和電機(jī)兩種動(dòng)力系統(tǒng)，文中講述的是液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由動(dòng)力轉(zhuǎn)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(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下從油壺吸油，并通過油泵葉片將油液壓出提供動(dòng)力給轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向器根據(jù)內(nèi)部閥組件控制油液的流向，從而實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向和直行，油液再經(jīng)過轉(zhuǎn)向器回油口回到油壺，完成一個(gè)循環(huán)作用。其中動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，起執(zhí)行作用，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的核心控制部件是閥組件，如圖2所示。駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，扭矩通過管柱傳遞到動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的輸入軸(連接閥芯)，因?yàn)檩喬サ淖枇刈饔?，閥套在轉(zhuǎn)向拉桿、齒輪的約束下保持不動(dòng)，閥套和閥芯之間便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，調(diào)整進(jìn)入轉(zhuǎn)向器左右兩缸的流量，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。當(dāng)方向盤沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，閥套和閥芯之間沒有旋轉(zhuǎn)角度，車輛則實(shí)現(xiàn)直行[1]。

圖1 齒輪齒條動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

圖2 轉(zhuǎn)閥剖視圖

2 液壓轉(zhuǎn)向器極限回舵液壓異響產(chǎn)生的機(jī)制及改進(jìn)方案

2.1 液壓轉(zhuǎn)向器極限回舵液壓異響產(chǎn)生的機(jī)制

圖3為右轉(zhuǎn)向閥組件剖視圖，當(dāng)車輛原地轉(zhuǎn)向到接近極限位置時(shí)，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(jìn)入左缸，此時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力接近工作壓力極限，在這個(gè)時(shí)候回舵時(shí)，由于閥組件內(nèi)扭桿的回彈作用，閥芯會(huì)迅速恢復(fù)到中位，此時(shí)系統(tǒng)壓力也會(huì)瞬間下降[2]，壓力從高到低的變化會(huì)產(chǎn)生一個(gè)液壓沖擊，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生液壓波動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生異響。

圖3 右轉(zhuǎn)向閥組件剖視圖

2.2 改進(jìn)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(guān)。降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的流量，有可能導(dǎo)致快打方向沉新的故障，在工程應(yīng)用中常采用通過更改閥平面參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)閥間隙截面積變化，降低壓力沖擊，這種方法可以保證系統(tǒng)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(wěn)定性能[4]。閥平面參數(shù)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(shù)采系統(tǒng)設(shè)備

文中實(shí)車的試驗(yàn)使用了東方所數(shù)采設(shè)備(8通道)，表1所列為測試的主要設(shè)備。

表1 測試主要設(shè)備

3.2 傳感器的連接

因?yàn)槭且簤簺_擊產(chǎn)生的異響，所以轉(zhuǎn)向器進(jìn)回油壓力是重點(diǎn)測試對(duì)象[3]，伴隨著異響有振動(dòng)產(chǎn)生，所以對(duì)轉(zhuǎn)向器油管進(jìn)行了加速度測試,如圖5所示。

圖5 測試圖

4 測試結(jié)果分析

在打舵時(shí)，轉(zhuǎn)向器進(jìn)油口、回油口、加速度三者曲線均正常，但是在回舵時(shí)三者曲線均出現(xiàn)異常波動(dòng)并伴隨異響，和故障現(xiàn)象吻合，對(duì)曲線進(jìn)行放大，三者波形吻合，說明異響是由液壓沖擊產(chǎn)生的波動(dòng)引起，如圖6所示。

圖6 原狀態(tài)測試曲線

對(duì)閥平面參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，降低回舵曲線的斜率后(圖7)，只更換轉(zhuǎn)向閥組件，其余零部件均不變化，再次按照原狀態(tài)的測試工況進(jìn)行測試，由圖8可看出，回舵異常波動(dòng)消失，和打舵一致，主觀評(píng)價(jià)無異響，客觀測試結(jié)果與主觀評(píng)價(jià)相吻合。一方面證明通過變更閥平面參數(shù)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(duì)

圖8 改進(jìn)狀態(tài)測試曲線

5 結(jié)論

通過文中的分析可知，當(dāng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)極限附近回舵液壓異響故障時(shí)，可以采用變更閥平面參數(shù)的方法有效消除異響，該改進(jìn)方案具有改進(jìn)周期短、對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能影響有限等優(yōu)點(diǎn)，為解決此類故障提供了參考。