動(dòng)力轉(zhuǎn)向器工作原理及故障分析

張 健，孟繁臻

（1.華晨汽車集團(tuán)控股有限公司 現(xiàn)場質(zhì)量處，沈陽 110044；2.上海嘉德環(huán)境能源科技有限公司，沈陽 110168）

動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是為了減輕司機(jī)的工作強(qiáng)度而裝到汽車上的，開始時(shí)主要是在重型汽車上安裝，隨著轎車高速化及轉(zhuǎn)向輪上負(fù)荷的加大，動(dòng)力轉(zhuǎn)向已變得必不可少了，并且應(yīng)用范圍越來越廣。

1 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由動(dòng)力轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向油罐、轉(zhuǎn)向油管組成（如圖1所示）。其中，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓助力的執(zhí)行元件；轉(zhuǎn)向油泵與發(fā)動(dòng)機(jī)相聯(lián)，為系統(tǒng)提供液壓動(dòng)力源；轉(zhuǎn)向油罐起到儲(chǔ)存、降溫、過濾油液的作用。

圖1 動(dòng)力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Structure of power-assisted steering system

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

動(dòng)力助力轉(zhuǎn)向有很多優(yōu)點(diǎn)：1）減輕了轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力，特別是在原地轉(zhuǎn)向和低速大轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向時(shí)助力明顯。2）提高了轉(zhuǎn)向靈敏性。3）減小了地面反沖時(shí)對(duì)方向盤的影響。4）在某個(gè)車胎爆破的情況下，可以更好地防止車輪的突然轉(zhuǎn)向，從而改善行駛安全性。5）允許轉(zhuǎn)向車輪的負(fù)荷更大，可以增加總布置的自由度。

2 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

齒輪齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器由控制閥、機(jī)械轉(zhuǎn)向器、助力缸三大部分組成。

2.1.1 控制閥 控制閥選用結(jié)構(gòu)先進(jìn)、靈敏性高、國外普遍應(yīng)用的常開式轉(zhuǎn)閥?？刂崎y由扭桿、輸入軸、閥套等零件組成，通過輸入軸和閥套的預(yù)開間隙使液壓油輸入左右兩個(gè)油腔。

2.1.2 機(jī)械轉(zhuǎn)向器 機(jī)械轉(zhuǎn)向器為齒輪齒條式，由齒輪軸、齒條活塞總成及轉(zhuǎn)向拉桿組成。

2.1.3 助力缸 助力缸為金屬殼體，內(nèi)部的齒條活塞將其分成左右兩個(gè)油腔，并分別與控制閥的兩個(gè)油口相聯(lián)。

2.2 工作原理

2.2.1 中間位置 汽車直線行駛（轉(zhuǎn)向盤不動(dòng)）時(shí)，油泵供給液壓油從進(jìn)油口進(jìn)入，經(jīng)過轉(zhuǎn)閥的預(yù)開隙后，由于此時(shí)轉(zhuǎn)閥不動(dòng)，液壓油從回油口回到油罐，因此轉(zhuǎn)向器2個(gè)工作腔油壓相同，不產(chǎn)生助力。

2.2.2 轉(zhuǎn)向過程 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，閥套與輸入軸之間閥槽間隙發(fā)生變化，使得流向2個(gè)工作腔的液壓油形成油壓差。該油壓差作用在活塞上，推動(dòng)活塞克服轉(zhuǎn)向阻力而產(chǎn)生位移，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿總成移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向。

2.2.3 回位過程 轉(zhuǎn)向完成后，轉(zhuǎn)向盤上的力消失，由于扭桿彈力的作用使輸入軸回到相對(duì)閥套的平衡位置，轉(zhuǎn)向器2個(gè)工作油腔的油壓差隨之消失，然后在汽車前輪自動(dòng)回正力矩的作用下，汽車向直線行駛位置運(yùn)動(dòng)，直至回到汽車直行位置。

2.2.4 路感效應(yīng) 路感效應(yīng)即產(chǎn)生轉(zhuǎn)向感覺的能力。當(dāng)駕駛員施力于轉(zhuǎn)向盤上時(shí)，同時(shí)作用于轉(zhuǎn)向器的扭桿并使之產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。此變形量取決于車輪轉(zhuǎn)向阻力，當(dāng)轉(zhuǎn)向阻力增大時(shí)，變形量也增大。因此，駕駛員可以根據(jù)其加在轉(zhuǎn)向盤上力來判斷轉(zhuǎn)向阻力的變化，以此獲得路感效應(yīng)。

3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障診斷

3.1 初始檢查

對(duì)轉(zhuǎn)向方面的問題，先認(rèn)真傾聽使用者反映的真實(shí)情況，可以節(jié)省大量的處理時(shí)間。

如果可能，在安全可行的條件下試開一下車，以便對(duì)使用者的問題有一個(gè)直接的感覺。實(shí)際上在大多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中有許多其他部件可能引起轉(zhuǎn)向故障，應(yīng)先檢查這些部件，最后再檢查轉(zhuǎn)向器。首先，檢查轉(zhuǎn)向輪輪胎的壓力是否均衡一致、大小是否符合要求。其次，檢查前輪定位（主銷后傾、主銷內(nèi)傾、車輪外傾及前束）情況，以及轉(zhuǎn)向橫拉桿、球節(jié)及主銷處的松緊程度。再次，如果使用者更換過油管，則考慮是否裝錯(cuò)，或因油管直徑太小、堵塞、油管扭曲、彎曲過大而引起油液流動(dòng)不暢或流量不夠，及時(shí)更換不符合要求的油管。最后，排查動(dòng)力轉(zhuǎn)向油罐，確保罐內(nèi)的油面達(dá)到規(guī)定的高度。

3.2 液壓試驗(yàn)

3.2.1 液壓試驗(yàn)準(zhǔn)備 在液壓系統(tǒng)高壓管路中適當(dāng)位置安裝一個(gè)由流量計(jì)、壓力表和截止閥組成的油路故障測試儀（如圖2所示）。該裝置可以檢查轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油壓和流量情況。同時(shí)在油罐中放置一個(gè)溫度計(jì)，以保證液壓試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

圖2 加裝油路故障測試儀Figure 2 Fault detector of oil-way composed by pressure gage and stop valve

起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，預(yù)熱液壓系統(tǒng)。預(yù)熱時(shí)先調(diào)節(jié)截止閥，直至壓力表讀數(shù)為5 MPa，當(dāng)油液的溫度升至45～55℃時(shí)，打開截止閥，進(jìn)行試驗(yàn)。

3.2.2 油泵的壓力試驗(yàn) 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速， 關(guān)閉截止閥，讀壓力表，如果壓力表上的讀數(shù)低于油泵規(guī)定的最小值，則應(yīng)修理吸油管或更換油泵。關(guān)閉截止閥的時(shí)間不得超過5 s，以免油泵損壞。關(guān)閉截止閥以后，油泵處于溢流工況，油溫會(huì)迅速上升，再進(jìn)行其他試驗(yàn)時(shí)需等油溫降至50±5℃。

3.2.3 油泵流量試驗(yàn) 在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和油液溫度在50～5℃之間時(shí)，檢測油泵的流量，并比較油泵規(guī)定的流量與流量計(jì)讀數(shù)值。完全關(guān)閉截止閥，直至壓力表反映出油泵處于溢流工況時(shí)的壓力，當(dāng)油泵溢流時(shí)流量應(yīng)為0。然后立即打開截止閥，流量必須立即回到原來的讀數(shù)值，如果流量不能立即回到原來的讀數(shù)值，則表明油泵工作不正常，可能導(dǎo)致瞬時(shí)無助力或助力作用中斷。將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)至3倍怠速轉(zhuǎn)速，重復(fù)上面的試驗(yàn)，如果油泵流量不能立即回到原位，同樣表明油泵工作不正常，可能導(dǎo)致瞬間無助力或助力作用中斷。

3.2.4 轉(zhuǎn)向器內(nèi)泄漏試驗(yàn) 試驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤直至行程的極限位置，在轉(zhuǎn)向盤上施加足夠的力，以保證轉(zhuǎn)向器的控制閥完全起作用，此時(shí)壓力表讀數(shù)應(yīng)為油泵的溢流壓力（最高壓力），流量計(jì)上的讀數(shù)即為內(nèi)泄漏值。在另一方向重復(fù)上述試驗(yàn)，以測定該方向的內(nèi)泄漏。 內(nèi)泄漏值應(yīng)≤1.0 L/min，如超過 1.0 L/min，則轉(zhuǎn)向器應(yīng)返修。

［1］鄧飛，歐家福，顏堯，等.齒輪齒條動(dòng)力轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2009（Z2）：24-29.

［2］尤田，姜濤，李會(huì)明，等.液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器性能測試系統(tǒng)［J］.機(jī)械工程師，2015（4）：33-35.

［3］張偉旗.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障診斷及維修技術(shù)研究［J］.汽車零部件，2017（10）：72-76.