某车型低速行驶转向沉重问题分析及改进

2020-12-15高建光

汽车实用技术 2020年22期

高建光

摘要：文章介绍了某车型原地及低速行驶时转向沉重的问题，通过对故障分析、排查，确认了根本原因，继而根据原因制定可行的对策，并通过实车测试验证来确认对策的有效性，最终消除了原地及低速行驶时转向沉重问题。

关键词：转向沉重;转矩;力特性曲线;流量

中图分类号：U462.1 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2020）22-126-03

Abstract： This paper introduces the problem of hard steering when the vehicle is running in place and at low speed， through fault analysis and troubleshooting， the root cause is confirmed， then feasible countermeasures are developed according to the reasons， and the effectiveness of countermeasures is confirmed through vehicle test and verification，finally the problem of hard steering in situ and low speed is eliminated.

Keywords： Hard steering; Torque; Force character curve; Rate of flow

CLC NO.： U462.1 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2020）22-126-03

前言

转向性能是汽车最重要的性能之一，可直观影响车辆的驾乘主观感受，对车辆的操纵轻便型、稳定性、舒适性和行驶安全性有重要影响。转向性能主要包括转向力与转向回正两方面，本文主要阐述转向力的相关问题分析及改进。

转向力直接影响转向操纵手感，如车辆低速转向沉重，驾驶员便无法轻便的操纵方向盘进行灵敏转向，易使驾驶员因转向过重产生疲劳，影响驾驶安全性;如车辆高速转向过轻，易使驾驶员因转向手感发飘而失去路感，易发生过度转向导致车辆发生事故。本文主要对某车型低速行驶转向沉重问题进行分析、改进。

1 故障

1.1 概述

在试验跑道对某车型试验车进行主观评价时，发现车辆原地及低速（30km/h以下）转向行驶时转向沉重，继而对某车型试验车进行原地及10km/h车速沿双纽线行驶两种工况转向时的转向力矩测试，并与标杆、竞品车型进行主观评价及测试数据（10km/h车速沿双纽线行驶转向工况）对比，见下图1、图2、表1：

从表1可知：某车型10km/h车速沿双纽线行驶转向工况时的转向力矩比竞品略大，与标杆水平相当。

主观评价：竞品车型原地及低速行驶时转向力轻重适宜，某车型与标杆水平相当，转向力均沉重。

基于主观评价和客观测试，设置以竞品车型的转矩数据为提升目标值。下文对低速行驶转向沉重问题进行分析、校核，并结合台架测试、实车验证等方法对转向系统进行优化设计。

1.2 原因分析

此车型采用的是成熟的液压助力转向系统，转向器为齿轮齿条式液压助力转向器。简述下转向系统工作的原理，方向盘输入力矩，带动转向管柱轴、转向传动轴同方向转动，进而带动转向器的输入轴转动，固定其上的齿轮会随之转动，拨动与其相啮合的齿条运动，与此同时，转向器输入轴转动时，转向器转阀开始工作，进油口与一侧油路通道相通，回油口连通另一侧油路通道，动转泵输出的压力油由进油口进入一侧油缸，使转向器左右液压缸产生压力差，为转动提供助力。

根据以上转向工作原理及结合转向阻力影响因素分析，转向沉重问题主要是以下原因导致：

（1）前轮胎压不足;

（2）转向管柱轴或转向传动轴卡阻;

（3）动力转向油壶内油位过低;

（4）动力转向油壶内滤芯堵塞;

（5）动转泵皮带打滑;

（6）动转泵提供的流量不足;

（7）转向器力特性曲线设计不合理。

下文对以上问题原因进行分析、验证、排查。

1.3 排查验证

经过整车检测、排查，发现前轮胎压正常，动力转向油壶内油位在max与min刻度线之间，油壶内无堵塞，皮带涨紧轮未松动，动转泵皮带涨紧力测试满足要求，排除以上第1、3、4、5项原因;转向传动轴与转向器输入轴断开后，转动方向盘未发现卡阻异常，排除第2项原因;更换动转泵后问题依然存在，且拆卸件台架测试动转泵流量曲线符合设计要求，下面对动转泵流量及转向器力特性曲线设计要求是否合理进行分析。

分析转向器力特性曲线，设计时定义助力油压5MPa时的转向输入扭矩为4.0N.m（见图3），因转向器到方向盘之间有转向管柱及转向传动轴机械件相连，传递效率约为0.9，所以相应的方向盘上的输入扭矩设计值约为4.44N.m，与整车转矩实测数据基本一致，随对转向器力特性曲线进行分析。

转向器力特性曲线是评价转向器性能的一个重要指标，通过力特性曲线可以得知输入转矩与输出油压的关系及左右转向的对称度等数据。因不同车型的结构及前轴载荷不同，造成每款车型都需开发相匹配的转向器力特性曲线，来提供舒适的转向操纵手感。

转向器力特性曲线与转阀的开口大小有直接关系，在一定的流量情况下，助力油压与阀口过流面积有关。

由液压原理中微小流速伯努里方程可得节流口压力差与流量、阀口过流面积的关系：

2 优化方案

2.1 方案一：减小阀口过流面积

根据上述分析，调整转向器输入轴阀口对边尺寸，由20.375mm调大为20.387mm，以此来减小输入轴阀口与阀套之间的过流面积。

（1）某车型10km/h车速沿双纽线行驶转向工况时的转矩比竞品略小;

（2）主观评价：某车型原地及10km/h 的車速沿双纽线路径行驶转向工况转向力轻重适宜，无明显的力矩波动，与竞品水平相当;

经过实车验证，方案一可解决此问题，原地及低速行驶时的转矩水平与竞品相当，优于标杆，再结合考虑增大动转泵流量方案变动较大，所以暂不对动转泵进行整改。

4 总结

1）经以上分析、验证可知，减小阀口过流面积与增大动转泵流量可减小转向器输入扭矩，有效减小转向力。