压转向系统液压冲击异响分析及改进

摘 要：文章先介绍了液压转向系统的工作原理、液压冲击异响产生的机理及表现形式，然后提出了常见的解决方法及测试方法，并验证方法可行，为解决此类故障提供了思路。

引言

随着汽车整体品质的提升，客户对NVH性能要求也越来越高，特别是汽车转向系统的NVH问题，非常容易被驾驶员感知，引起不悦。关于液压转向系统的NVH问题，需充分了解液压转向器结构、液压系统、流体力学等工作原理，方能从机理上充分分析液压转向系统的NVH问题，且找到有效的改进措施。

本文所述液压转向系统冲击异响是指车辆在颠簸路面上行驶时，转向器会产生连续的“嗒嗒嗒”异响，通过中间轴、管柱、方向盘等部件传递到驾驶室，引起客户的抱怨。

1  液压转向系统工作原理

1.1 液压转向系统介绍

如图1所示，液压转向系统由转向盘、转向轴、齿轮齿条式整体动力转向器、转向液压泵和转向油罐等组成。其中，齿轮齿条式整体动力转向器由转向控制阀、齿轮齿条式转向器、转向动力缸构成。转向液压泵安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动，将油从转向油罐处吸入并向转向控制阀供给液压油。转向油罐进、出油管接头通过油管分别与转向液压泵和转向控制阀连接。转向控制阀通过改变液压油路来改变动力传递路线。转向动力缸内由活塞分隔成左右两个工作腔，工作腔通过油道分别与转向控制阀连接。转向控制阀来控制车辆的直行、左转、右转。

1-转向盘 2-转向轴 3-齿轮齿条式转向器 4-转向控制阀 5-齿轮齿条式转向器 6-转向动力缸 7-转向油罐 8-转向液压泵

图1 齿轮齿条动力转向系统示意图

1.2 转向阀工作原理

转向控制阀如图2 所示，主要由阀体、阀芯及扭杆组成。扭杆一端和齿轮固定，一端和转向轴固定。当通过方向盘驱动转向轴旋转式，扭杆会带动阀芯和阀体1发生相对角度的旋转。控制阀阀体呈圆筒状，其外圆表面有三道较宽且深的油环槽和四道较窄浅的密封环槽，各油环槽的底部均开有与内壁相通的油孔，中间油环槽的油孔是进油通道，与转向液压泵相通；两侧油环槽的油孔，分别与转向动力缸的左腔、右腔相通，密封环槽安装有密封圈组件。阀芯也制成圆筒状，其外圆表面与阀体滑动配合，二者可以相对转动。阀芯与阀体配合间隙很小，配合精度很高，二者组成偶件。在阀体的内表面，与左腔和右腔相通的油孔处制有六条不贯通的纵槽，形成六道槽肩。阀芯外圆表面上也有六条不贯通的纵槽，形成六道槽肩，分别与阀体的槽肩和纵槽配合形成液体流动间隙，在阀芯的六条纵槽上均有三个等间隔的径向通孔，此油孔通向转向油罐，用于流通液压油。

4、11-阀体 2-转向齿条 3-转向齿轮 5、9-扭杆 6-转向轴 7-阀芯 8-与转向油罐相同 10-阀门孔

图2 转向控制阀

2  液压冲击异响产生的机理及改进方案

2.1 液压冲击异响沉故障产生的机理

车辆在颠簸路面行驶时，轮胎会受到来自路面的冲击力，轮胎通过转向拉杆把冲击力传递到齿条上，齿条带动齿轮旋转运动，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，这个时候阀芯和阀体会产生一个旋转角度，扭杆发生便信息给，转向系统会通过油泵输出动力来克服地面传递过来的冲击力，因为颠簸路面传递过来的冲击力是快速连续的（图3），所以油泵输出的动力也是快速连续的，就产生了液压冲击，在路面冲击力和液压系统油泵输出力的两个力的共同作用下，齿条会带动齿轮做快速沿齿条轴向的往复运动，从而产生齿轮齿条啮合异响。此故障还有一个典型特征，温度越高越容易出现异响，因为油液粘温特性的缘故，油液在高温下粘度降低，阻尼效果下降。

图3 转向器拉杆力曲线

2.2 改进方案

解决液压冲击异响的出发点就是降低液压冲击，常见的方法有增加回油管软管长度（图4）或者增加节流阀（图5）。因为橡胶吸振的缘故，增加回油管软管长度可以有效降低液压冲击。节流阀分三段圆柱形，两头粗中间细，方便用卡箍固定在油管内部，内部是一个φ3mm左右的通孔，用来消减液压冲击。

图4 油管比对

图5 节流阀

3  整车测试

3.1 测试设备信息

表1 主要测试设备信息表

实车测试试验采用了LMS数采设备（16通道），表1所列为主要测试设备信息。

3.2 传感器的连接

因为异响是因为齿轮齿条啮合产生的，而啮合处的振动直接传递到调整体部件。因此采用加速度传感器对调整体的振动情况进行测试。（见图6）。

图6 调整体部位加速度测试

4  测试结果分析

从图7可以看出，车辆原始状态下，调整体处加速度达到40g，主观评价异响明显；更换为改进后油管加节流阀状态时，调整体处加速度降低为6g，主观评价无异响。客观测试结果与主观评价相吻合。一方面证明通过增加回油管软管长度和节流阀可以有效抑制液压冲击异响，另一方面证明异响来自于啮合部位，通过测试调整体振动情况的测试方法有效。

图7 加速度测试曲线

5  结论

综上可知，通过增加回油管软管长度和节流阀可以有效消除液压转向系统异响，此改进方案具有周期短、成本低、对转向系统性能影响小等优点。

作者：郑勇1，刘科阳2

1.江铃汽车股份有限公司

2.航空工业新航豫北转向系统（新乡）有限公司