液压转向器异响问题分析和改进

朱胜峰，邹理炎，朱兴旺，张新闻

（1.杭州世宝汽车方向机有限公司，浙江 杭州 310018；2.浙江科技学院，浙江 杭州 310018）

0 引言

近些年来，众多商用车用户对整车舒适性要求越来越高，为了能在竞争中获得更多市场份额，整车厂和配套厂都要求商用车的用户体验能轿车化。对转向系统而言，对其操纵性、舒适性、轻便性提出了更高的要求，商用汽车转向系统中的核心零部件是液压动力转向器，它的性能关乎整个转向系统，因此转向响应、回正、转向手感、异响等问题的研究随之而来。而转向器异响问题是以上几个问题中较难解决的，它是一个系统性的问题，按照异响来源可以分为机械异响和液压异响两大类[1]。机械异响主要是转向系统某一部件存在自身干涉或者传动杆系刚度不够，在受到较大载荷突然释放时，杆系因弹性变形复位造成异响；而液压异响一般会出现在打转向时，转向到某一个角度再回打方向时产生液压共振声，以上两种异响出现时往往会伴随着转向盘有“麻手”现象。相比于液压异响，机械异响的问题容易排查且好解决，本文将从液压异响的角度对转向器异响问题进行分析和改进[2]。

1 液压转向系统介绍

如图1 所示，液压转向系统主要由转向盘、转向轴、转向器、油泵、油罐、拉杆、转向轮等组成，转向盘作旋转运动时通过转向轴驱动转向器输入端，经过转向器减速后在输出端输出较大的扭矩，从而由拉杆带动转向轮作摆动运动，液压回路是给转向器根据路面阻力的需要提供足够的动力，可以使转向更轻便灵敏。

图1 液压转向器系统

2 液压异响的故障分析及改善措施

2.1 液压异响故障分析

车辆在行驶过程中，轮胎受到地面的反作用力，该作用力通过转向拉杆传递到转向系统上，但是因为方向盘自身惯性以及驾驶员对方向盘的作用力，转向轴存在继续保持静止的惯性，此时转向器零部件也要在力的作用下产生异响。

液压转向器的转向过程，实际上是一个建压的过程，由于轮胎与地面的摩擦阻力是随着摆角增大而增大的，所以转向系统的油压也会逐步加大，在此过程中，如果建压不顺畅，转向器的输出扭矩就不足以克服地面的摩擦阻力，此时油泵就会出现振动而产生异响[3]。

驾驶员驾驶过程中松开方向盘或突然回打转向时，转向器转阀突然变化使得液流的压力和方向也突然改变，随之引起系统回路中压力瞬间急剧变化，此时转向器转阀在相对转动的过程中受液流冲击容易振动从而产生异响，又由于转向器压力突然变化，易引发转向系统的其他部件振动，当其振动频率与某一部件的振动频率一致时，就会产生液压共振，从而出现异响，为了降低压力变化速度，可以通过降低转阀灵敏度曲线的斜率来实现。转向器转阀灵敏度曲线示意图（图2），其大致理论计算如下。

图2 灵敏度曲线

从式（2）可以看出，压力p与A0成反比，在打方向的过程中，A0是一个动态的变化值，A0的变化情况关系着曲线形状，A0的数值是图3 点A和点B之间的距离乘以阀口长度，通过改变图3 中的α和R2值就改变A0的变化过程，即改变转阀特性曲线的斜率。

图3 转阀阀口参数

因此为避免或抑制转向系统产生异响，从转向器原理的角度提出一些改善措施。

2.2 改善措施

解决液压异响的出发点是降低液压冲击[4]，常见的方法有提高转阀扭杆刚度（图4）、适当加大背压（图5）、加大阻尼系数（图6）或者通过改变转阀阀口参数（图7）来降低灵敏度斜率。

图4 表明，若扭杆刚度偏小，在松开方向盘或突然回打方向时，由于转阀突然改变了液流的压力和方向，系统回路中压力瞬间急剧变化，扭杆就容易会因此而出现高频振摆，通过适当增加扭杆的直径，即增加，可以加大刚度以提高扭杆抗振性，减少异响[5]。

图4 转阀扭杆

如图5 所示，保证最小过流面积的前提下，通过适当减小阀芯回油孔径，即增加回油阻力，减弱液流冲击引起的振动，减少异响。

图5 转阀内部结构图

如图6 所示，适当加大阻尼系数，在阀芯和阀套之间装有一个阻尼圈和阻尼环，其作用是吸收阀芯在液流冲击下的振动。通过选取合适尺寸增加其阻尼效果，可以有效地降低系统噪音，增强转阀组件的抗振能力，抑制异响的产生。

图6 转阀示意图

如图7 所示，是改进前后的转阀灵敏度曲线对比，通过降低灵敏度曲线的斜率，来减慢压力上升或下降的速度，缓解回路中压力瞬间急剧变化，减少液压冲击，从而减少振动异响。

图7 灵敏度曲线

3 试验验证

如图8 所示，为了验证上述的故障分析和改进措施，按上述四种措施分别制作了改进后的转向器样件，在台架上进行转向器异响试验[6]。

图8 转向器台架试验中

台架试验设定在一个静音室里[5]，搭建一个安装转向器的台架，施加的载荷和油源全部置于静音室外，通过外接的方法将加载缸和油源布入静音室，然后在转向器的不同位置贴上加速度传感器，分别采集以上四种措施改进前后转向器不同位置的振动频谱，可以得知改进是否有效。

图9 可以看出，改进前状态下，转向器阀体处加速度达到16 m/s2，主观评价异响明显；改进后转向器阀体处的加速度明显降低为6 m/s2左右，主观评价无异响，此时客观和主观的评价结果相吻合。可以得出经过改善措施后的转向器效果完全达到了预期，有效减少了整车转向异响的问题。

图9 原始试验曲线和改进后试验曲线

4 结论

综上可知，通过以上四种改善措施可以有效减少液压转向系统异响，具有周期短、成本低、实用性高等优点，值得推广。