某紧凑型车液压转向沉重问题分析

李 杰

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

早期的汽车转向是没有任何助力装置的，全靠驾驶员的体力作为转向动力源。目前，仍可以看到在一些老款的车型上，也没有任何转向助力的装置，当汽车在原地打方向时，沉重的感觉令人印象深刻。鉴于驾驶操纵的舒适性和安全性，人们发明了各种转向助力系统。

转向助力按助力源不同，可分为机械液压助力转向、电液助力转向和电动助力转向。鉴于篇幅，本文仅针对最常见的机械液压助力转向—齿轮齿条式液压助力转向系统进行阐述。

齿轮齿条式液压助力转向已有较长的应用历史了，国内几家转向机厂设计和加工制造技术都相当成熟。在笔者处理过的转向沉重的问题中，极少遇到是由转向机本身问题引发的转向沉重，绝大部分是由于转向助力泵输出流量异常导致。

液压转向系统由转向油壶，吸油管，高压油管，回油管，转向助力泵，转向机等几大件构成。当发动机启动后，带动转向泵将转向液流动起来。在转向时，转向液在转向机控制阀管控下瞬时输入到转向机相应的助力缸里形成液压，推动转向机活塞向另一方向运动而产生助力，使转向轻便，这就是液压转向的基本原理。目前，国内销量靠前的几款紧凑车型都采用此形式。下图1是液压转向工作原理。

图1 液压转向工作原理

1 转向沉重和转向助力泵功能概述

1.1 确认转向沉重失效模式

在接收到问题反馈，查看车辆时，存在两种失效模式:

（1）原地匀速打方向时，存在沉重或者突然发生沉重现象，拨动方向盘力度同未启动发动机一样，此时转向助力消失，可确认为转向沉重。

（2）原地快速拨动方向盘，方向盘有迟滞感。这种故障会在路边泊车时体现出转向沉重，这是转向沉重的另一种失效模式。

1.2 明确转向沉重发生工况

转向助力是在驾驶员需要助力的时候，要及时产生助力，如车辆开动前的原地转向，低速转弯，路边车位的泊车等，这些情况都有个共同的特点：车速低，大幅度、迅速地转动方向盘。在这种工况下，如果助力失效，驾驶员会非常容易察觉。在其他如高速行车，城市主干道行驶的驾驶条件下，驾驶者转向时不需要太大的助力，反而要求转向系统能提供稳定的操控：轻微拨动方向盘，车辆也不会出现大幅摆动发摆的现象。

1.3 转向助力泵工作原理

液压转向助力泵主要功能：

一是，要源源不断的输出油液到转向机不同的油缸，推动活塞左右运动，实现转向助力。

二是，对输出的油液流量调节和对整个转向系统油液压力的控制，确保转向稳定和液压转向系统安全。

2 转向助力泵详解

目前，轿车上使用最常见的是叶片助力泵。其组成结构如图2所示。

图2 叶片助力泵结构

2.1 叶片助力泵关键的子零件及功能

（1）皮带轮：连接发动机，提供驱动力给助力泵。

（2）压力开关（仅针对小排量汽油机）：怠速时，助力泵工作时内压力升高，助力泵转动的阻力会降低发动机转速，可能导致发动机熄火。当泵内产生一定压力时，压力开关传递信号给ECU，促使发动机开放一定节气门，提高发动机转速，防止熄火。

（3）出油口接头：连接高压管，同时提供助力泵出油口处高压油泄压时的通道。定子、转子、叶片、配油盘、后盖组成容积不同的空间，随着转子的转动，容积变化，油液被转移到不同区域（从吸入口到吐出口），不断吐出油液，如图3所示。

图3 叶片转子工作示意

（4）压力流量调节阀（滑阀）：输出流量控制，系统压力控制，如图4所示。

图4 压力流量调节阀示意

2.2 转向助力泵工作原理

图5为转向助力泵油路及工作时油液走向。其工作原理为：

（1）流量输出

发动机启动后，叶片、转子、定子组成不断变化的容积，把油液不断的从吸入口（浅色）转移到吐出口（深色），不断的输出油液给到转向机。

（2）压力流量控制

发动机转速升高时（超过1 100转）：流量输出增加，系统压力升高，滑阀受压稍向后移动，高压的油液通过打开的通道（泄流通道）返回到助力泵吸油口（低压）处，使输出流量降低。

（3）当方向盘打到底时

系统内压力急剧升高，上述滑阀后移已不足以调节使流量降低从而压力降低，此时高压油液通过出油口接头（高压）上的小孔通道到滑阀后端的黄色小球处，压力顶开小球，返回到助力泵吸油口处（低压）—此通道为泄压通道。此时滑阀后端压力小于前端，滑阀大幅后移，形成大的泄流通道，降低转向液压系统内的压力，保证管路等零部件安全。

图5 转向助力泵油路及工作时油液走向

3 失效模式分析

3.1 流量调节异常

在多起快打方向盘有迟滞感的助力泵故障分析中，在滑阀调节杆和出油口接头的配合处（下图圈内）发现棉絮、橡胶皮屑和金属小颗粒等异物杂质。

异物的存在导致滑阀在阀孔里面的自如运动受阻，滑阀无法关闭泄流通道，助力泵的输出流量无法正常调节，助力泵输出流量偏小，需要推动转向机活塞的油液不能及时提供，迅速转向时助力不能及时体现出来，从而导致有迟滞感。

图6 调节阀在转向泵中示意

3.2 流量输出异常

在方向盘朝一侧打到底时，转向液压系统内压力急剧升高，油液经出油口接头的小孔，通过滑阀的阀座，顶开黄色小球（小球同阀座形成缝隙），返回到助力泵的吸油口处，形成泄压通道。此时，滑阀前面压力大，后面压力小，滑阀向后移动，泄流通道大幅打开，使整个系统压力保持在一个稳定的平衡状态，不再继续升高，保证系统零件的安全。油液在通过小球时（与阀座形成的缝隙），油液中的部分杂质难通过此缝隙，会卡在小球和阀座之间。这样，泄压通道常开，泄流通道也导致大幅打开，导致转向泵输出流量基本为0。没有油液输入到转向机形成助力，这时，再转动方向盘，操纵感觉是非常的沉重。

图7 压力流量调节阀

4 总装装配及改善措施

通过失效件的分析，可确定异物进入转向泵是造成转向沉重最主要的原因。改善措施如下：

（1）零部件改善

通过在阀座上增加滤网（如上图所示绿色），过滤异物，减少异物通过小球，降低小球被垫起，泄压通道常开的几率。滤网一般由2层组成，第一层60目，第二层100目。

此措施采取后，经4个月跟踪，市场问题反馈故障降低85%。

（2）供应商装配环境改善

供应商原来的装配车间为敞开式管理，整个车间对进出人员及着装无明确规范和管理。现车间入口增加风淋门，员工使用防尘防静电服，并对车间5S进行明确和落实。车间操作员工和管理人员对异物控制的认识有明显提升。

（3）主机厂装配注意事项

由于助力泵一般在发动机部装完成装配，装配时要注意：在装配完助力泵后，不要提交拔掉泵出油口和进油口防尘帽，避免异物进入；在连接吸油胶管和泵进油口时，一定到注意对准安装，不能强行将胶管推进。防止在装配时，胶管内壁被吸油口接头剥落橡胶皮。

5 结束语

通过对故障件的分析，确认异物是造成液压转向沉重的主要原因。异物的控制及转向泵泄压结构的改善对解决该问题有很明显的帮助。