摘 要：文章先介紹了液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理、液壓沖擊異響產(chǎn)生的機(jī)理及表現(xiàn)形式，然后提出了常見的解決方法及測試方法，并驗證方法可行，為解決此類故障提供了思路。

引言

隨著汽車整體品質(zhì)的提升，客戶對NVH性能要求也越來越高，特別是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的NVH問題，非常容易被駕駛員感知，引起不悅。關(guān)于液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的NVH問題，需充分了解液壓轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、流體力學(xué)等工作原理，方能從機(jī)理上充分分析液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的NVH問題，且找到有效的改進(jìn)措施。

本文所述液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沖擊異響是指車輛在顛簸路面上行駛時，轉(zhuǎn)向器會產(chǎn)生連續(xù)的“嗒嗒嗒”異響，通過中間軸、管柱、方向盤等部件傳遞到駕駛室，引起客戶的抱怨。

1  液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理

1.1 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹

如圖1所示，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、齒輪齒條式整體動力轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向液壓泵和轉(zhuǎn)向油罐等組成。其中，齒輪齒條式整體動力轉(zhuǎn)向器由轉(zhuǎn)向控制閥、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向動力缸構(gòu)成。轉(zhuǎn)向液壓泵安裝在發(fā)動機(jī)上，由曲軸通過皮帶驅(qū)動，將油從轉(zhuǎn)向油罐處吸入并向轉(zhuǎn)向控制閥供給液壓油。轉(zhuǎn)向油罐進(jìn)、出油管接頭通過油管分別與轉(zhuǎn)向液壓泵和轉(zhuǎn)向控制閥連接。轉(zhuǎn)向控制閥通過改變液壓油路來改變動力傳遞路線。轉(zhuǎn)向動力缸內(nèi)由活塞分隔成左右兩個工作腔，工作腔通過油道分別與轉(zhuǎn)向控制閥連接。轉(zhuǎn)向控制閥來控制車輛的直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。

1-轉(zhuǎn)向盤 2-轉(zhuǎn)向軸 3-齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 4-轉(zhuǎn)向控制閥 5-齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 6-轉(zhuǎn)向動力缸 7-轉(zhuǎn)向油罐 8-轉(zhuǎn)向液壓泵

圖1 齒輪齒條動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖

1.2 轉(zhuǎn)向閥工作原理

轉(zhuǎn)向控制閥如圖2 所示，主要由閥體、閥芯及扭桿組成。扭桿一端和齒輪固定，一端和轉(zhuǎn)向軸固定。當(dāng)通過方向盤驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸旋轉(zhuǎn)式，扭桿會帶動閥芯和閥體1發(fā)生相對角度的旋轉(zhuǎn)。控制閥閥體呈圓筒狀，其外圓表面有三道較寬且深的油環(huán)槽和四道較窄淺的密封環(huán)槽，各油環(huán)槽的底部均開有與內(nèi)壁相通的油孔，中間油環(huán)槽的油孔是進(jìn)油通道，與轉(zhuǎn)向液壓泵相通；兩側(cè)油環(huán)槽的油孔，分別與轉(zhuǎn)向動力缸的左腔、右腔相通，密封環(huán)槽安裝有密封圈組件。閥芯也制成圓筒狀，其外圓表面與閥體滑動配合，二者可以相對轉(zhuǎn)動。閥芯與閥體配合間隙很小，配合精度很高，二者組成偶件。在閥體的內(nèi)表面，與左腔和右腔相通的油孔處制有六條不貫通的縱槽，形成六道槽肩。閥芯外圓表面上也有六條不貫通的縱槽，形成六道槽肩，分別與閥體的槽肩和縱槽配合形成液體流動間隙，在閥芯的六條縱槽上均有三個等間隔的徑向通孔，此油孔通向轉(zhuǎn)向油罐，用于流通液壓油。

4、11-閥體 2-轉(zhuǎn)向齒條 3-轉(zhuǎn)向齒輪 5、9-扭桿 6-轉(zhuǎn)向軸 7-閥芯 8-與轉(zhuǎn)向油罐相同 10-閥門孔

圖2 轉(zhuǎn)向控制閥

2  液壓沖擊異響產(chǎn)生的機(jī)理及改進(jìn)方案

2.1 液壓沖擊異響沉故障產(chǎn)生的機(jī)理

車輛在顛簸路面行駛時，輪胎會受到來自路面的沖擊力，輪胎通過轉(zhuǎn)向拉桿把沖擊力傳遞到齒條上，齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，但是因為方向盤自身慣性以及駕駛員對方向盤的作用力，轉(zhuǎn)向軸存在繼續(xù)保持靜止的慣性，這個時候閥芯和閥體會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)角度，扭桿發(fā)生便信息給，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會通過油泵輸出動力來克服地面?zhèn)鬟f過來的沖擊力，因為顛簸路面?zhèn)鬟f過來的沖擊力是快速連續(xù)的（圖3），所以油泵輸出的動力也是快速連續(xù)的，就產(chǎn)生了液壓沖擊，在路面沖擊力和液壓系統(tǒng)油泵輸出力的兩個力的共同作用下，齒條會帶動齒輪做快速沿齒條軸向的往復(fù)運(yùn)動，從而產(chǎn)生齒輪齒條嚙合異響。此故障還有一個典型特征，溫度越高越容易出現(xiàn)異響，因為油液粘溫特性的緣故，油液在高溫下粘度降低，阻尼效果下降。

圖3 轉(zhuǎn)向器拉桿力曲線

2.2 改進(jìn)方案

解決液壓沖擊異響的出發(fā)點(diǎn)就是降低液壓沖擊，常見的方法有增加回油管軟管長度（圖4）或者增加節(jié)流閥（圖5）。因為橡膠吸振的緣故，增加回油管軟管長度可以有效降低液壓沖擊。節(jié)流閥分三段圓柱形，兩頭粗中間細(xì)，方便用卡箍固定在油管內(nèi)部，內(nèi)部是一個φ3mm左右的通孔，用來消減液壓沖擊。

圖4 油管比對

圖5 節(jié)流閥

3  整車測試

3.1 測試設(shè)備信息

表1 主要測試設(shè)備信息表

實車測試試驗采用了LMS數(shù)采設(shè)備（16通道），表1所列為主要測試設(shè)備信息。

3.2 傳感器的連接

因為異響是因為齒輪齒條嚙合產(chǎn)生的，而嚙合處的振動直接傳遞到調(diào)整體部件。因此采用加速度傳感器對調(diào)整體的振動情況進(jìn)行測試。（見圖6）。

圖6 調(diào)整體部位加速度測試

4  測試結(jié)果分析

從圖7可以看出，車輛原始狀態(tài)下，調(diào)整體處加速度達(dá)到40g，主觀評價異響明顯；更換為改進(jìn)后油管加節(jié)流閥狀態(tài)時，調(diào)整體處加速度降低為6g，主觀評價無異響?？陀^測試結(jié)果與主觀評價相吻合。一方面證明通過增加回油管軟管長度和節(jié)流閥可以有效抑制液壓沖擊異響，另一方面證明異響來自于嚙合部位，通過測試調(diào)整體振動情況的測試方法有效。

圖7 加速度測試曲線

5  結(jié)論

綜上可知，通過增加回油管軟管長度和節(jié)流閥可以有效消除液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響，此改進(jìn)方案具有周期短、成本低、對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能影響小等優(yōu)點(diǎn)。

作者：鄭勇1，劉科陽2

1.江鈴汽車股份有限公司

2.航空工業(yè)新航豫北轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（新鄉(xiāng)）有限公司