液压转向器极限回舵液压异响分析及改进

刘雁冰, 王会敏

(1.豫北转向系统(新乡)有限公司 ，河南新乡453003；2.新乡航空工业(集团)有限公司 ，河南新乡 453000)

0 引言

随着科技的发展，汽车发动机、传动系、内饰件等NVH性能逐渐提升，转向系统的NVH问题逐渐凸显出来，而且转向NVH问题非常容易被驾驶员感知，引起抱怨。因此对转向系统的NVH问题研究迫在眉睫，如何提升转向系统NVH性能也是各厂家在产品开发过程中重点研究方向。

本文作者所述的是液压转向器在极限回舵时产生的一种液压异响，通过机制分析提出了改进方向，并通过实车验证证明方法可行。

1 动力转向系统工作原理

汽车转向系统是控制汽车行驶方向的一个重要系统，对于汽车转向系统，它直接影响汽车的稳定性和操纵性。除了要求其操纵轻便、安全可靠外，还要求其在不同工况下，能够按照驾驶员的操作正常工作，提供最佳的路感。

动力转向系统是在传统机械转向系统的基础上增加了动力系统，现阶段主要是液压和电机两种动力系统，文中讲述的是液压动力转向系统，液压转向系统由动力转向器、方向盘、管柱、高低压油管、油壶等组成，如图1所示。其工作原理是油泵在发动机的带动下从油壶吸油，并通过油泵叶片将油液压出提供动力给转向器，转向器根据内部阀组件控制油液的流向，从而实现左右转向和直行，油液再经过转向器回油口回到油壶，完成一个循环作用。其中动力转向器是转向系统的重要子系统，起执行作用，动力转向器的核心控制部件是阀组件，如图2所示。驾驶员转动方向盘，扭矩通过管柱传递到动力转向器的输入轴(连接阀芯)，因为轮胎的阻力矩作用，阀套在转向拉杆、齿轮的约束下保持不动，阀套和阀芯之间便产生一个旋转角度，调整进入转向器左右两缸的流量，从而实现转向功能。当方向盘没有转动，阀套和阀芯之间没有旋转角度，车辆则实现直行[1]。

图1 齿轮齿条动力转向系统

图2 转阀剖视图

2 液压转向器极限回舵液压异响产生的机制及改进方案

2.1 液压转向器极限回舵液压异响产生的机制

图3为右转向阀组件剖视图，当车辆原地转向到接近极限位置时，右边阀芯和阀套之间的间隙变小，来自油泵的流量大部分进入左缸，此时转向系统压力接近工作压力极限，在这个时候回舵时，由于阀组件内扭杆的回弹作用，阀芯会迅速恢复到中位，此时系统压力也会瞬间下降[2]，压力从高到低的变化会产生一个液压冲击，导致转向系统产生液压波动，进而产生异响。

图3 右转向阀组件剖视图

2.2 改进方案

解决极限回舵异响的根本就是降低液压冲击，而液压冲击的大小和流量大小、扭杆刚度、阀芯阀套之间的阀间隙截面积的变化有关。降低转向系统的流量，有可能导致快打方向沉新的故障，在工程应用中常采用通过更改阀平面参数，来实现阀间隙截面积变化，降低压力冲击，这种方法可以保证系统流量不降低、扭杆刚度不变化的情况下解决异响，并且最小程度地影响操纵稳定性能[4]。阀平面参数的影响可以直接反映到阀特性曲线上，如图4所示，降低冲击也就是减小回舵曲线的斜率。

图4 阀特性曲线

3 整车测试

3.1 数采系统设备

文中实车的试验使用了东方所数采设备(8通道)，表1所列为测试的主要设备。

表1 测试主要设备

3.2 传感器的连接

因为是液压冲击产生的异响，所以转向器进回油压力是重点测试对象[3]，伴随着异响有振动产生，所以对转向器油管进行了加速度测试,如图5所示。

图5 测试图

4 测试结果分析

在打舵时，转向器进油口、回油口、加速度三者曲线均正常，但是在回舵时三者曲线均出现异常波动并伴随异响，和故障现象吻合，对曲线进行放大，三者波形吻合，说明异响是由液压冲击产生的波动引起，如图6所示。

图6 原状态测试曲线

对阀平面参数进行优化，降低回舵曲线的斜率后(图7)，只更换转向阀组件，其余零部件均不变化，再次按照原状态的测试工况进行测试，由图8可看出，回舵异常波动消失，和打舵一致，主观评价无异响，客观测试结果与主观评价相吻合。一方面证明通过变更阀平面参数可以有效抑制回舵液压异响，另一方面证明此测试方法有效。

图7 阀特性曲线比对

图8 改进状态测试曲线

5 结论

通过文中的分析可知，当液压转向系统出现极限附近回舵液压异响故障时，可以采用变更阀平面参数的方法有效消除异响，该改进方案具有改进周期短、对转向系统性能影响有限等优点，为解决此类故障提供了参考。