汽車液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高分析及優(yōu)化

王慶峰 馬向輝 張軍

（北京汽車股份有限公司汽車研究院）

液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）可以明顯減小停車轉(zhuǎn)向力，使駕駛員比較輕松的進行停車轉(zhuǎn)向。汽車行駛中的轉(zhuǎn)向力也得到減小，有利于減輕駕駛員的疲勞[1]，并且能吸收來自不平路面的沖擊[2]，因此液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在各類汽車上得到廣泛的應(yīng)用。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在整車開發(fā)過程中占有非常重要的位置，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接關(guān)系到汽車駕駛的安全性和舒適性，其性能必須得到保證[3]。臺架試驗作為性能驗證的有效手段，可以快速、準(zhǔn)確地驗證各項性能指標(biāo)的達成程度，給各系統(tǒng)方案的鎖定及優(yōu)化改進提供有力支撐。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在臺架試驗驗證過程中，會出現(xiàn)各種問題，而對液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能產(chǎn)生重要影響的一個因素就是溫度。油溫過高會對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生諸多不良影響，因此，必須對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高的原因進行分析并對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部件進行優(yōu)化以降低油溫。文章基于某款車型整車熱平衡環(huán)境模擬試驗結(jié)果，分析了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高的原因，并通過試驗分析驗證的方法對液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了改善，有效地解決了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高的問題。

1 汽車液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高的危害

某改款車型在前期開發(fā)階段，做整車熱平衡環(huán)境模擬摸底試驗時，發(fā)現(xiàn)在整車滿載狀態(tài)，10%的坡度上長時間高速運行工況下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部件溫度過高，最高達到129.5℃，超過了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計要求的最大允許工作溫度（120℃）。油液溫度過高，會對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件及性能產(chǎn)生如下影響。

1）轉(zhuǎn)向液壓油會在高溫時變稀，液壓系統(tǒng)壓力將隨之降低，所以機械效率也會降低；

2）油溫升高導(dǎo)致油的黏度降低，這樣使油液經(jīng)過節(jié)流小孔或縫隙式閥門的流量增大，這就使原來調(diào)節(jié)好的工作速度發(fā)生變化，影響工作的穩(wěn)定性，降低工作精度；

3）油溫升高黏度降低后，相對運動表面間的潤滑油膜將變薄，這樣會增加機械磨損，長時間工作后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)清潔度變差，容易發(fā)生故障；

4）油溫過高會使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)密封裝置迅速老化變質(zhì)，喪失密封性能。

綜上，有必要對產(chǎn)生的問題進行分析，找到根本原因，以解決轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高的問題。

2 汽車液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高的原因

該車型開發(fā)為改款（換發(fā)動機）車型，為滿足零部件最大共用化，減少新開發(fā)件設(shè)計要求，在原型車基礎(chǔ)上進行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)二次開發(fā)，對比原型車與改款車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計方案，發(fā)現(xiàn)造成系統(tǒng)油溫過高的2種原因。

1）轉(zhuǎn)向油泵和轉(zhuǎn)向高壓管距離熱源（排氣歧管）距離更近，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)外部熱輻射增加。雖對轉(zhuǎn)向油泵增加隔熱罩，但效果仍不明顯。

2）轉(zhuǎn)向回油管散熱總長度為1 850 mm，但有效散熱長度僅為1 100 mm，而且散熱管布置在冷卻風(fēng)扇后面，因此導(dǎo)致回油管散熱效果減弱。

通過對該車型的分析可知，在嚴(yán)苛工況下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高的主要原因是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)外部熱輻射增加，回油管散熱能力不足。

3 優(yōu)化方案及效果驗證

因汽車轉(zhuǎn)向油泵安裝位置已定，因此為滿足嚴(yán)苛的試驗工況要求，需要在兩方面進行優(yōu)化，以降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫。

1）減少轉(zhuǎn)向油泵外部輻射：加大轉(zhuǎn)向油泵隔熱罩包圍面積；

2）增強轉(zhuǎn)向油管散熱能力：增加散熱回油管長度，并將散熱回油管布置在迎風(fēng)面；將回油管材料采用散熱能力更強的材料。

根據(jù)上述分析結(jié)果，設(shè)計出3種優(yōu)化方案，并進行驗證。

1）方案1：減少轉(zhuǎn)向油泵外部輻射，將原較小的轉(zhuǎn)向油泵隔熱罩改為全包圍隔熱罩，油溫反而升高至140.6℃。隔熱罩方案對比，如圖1所示。

圖1 汽車液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隔熱罩安裝示意圖

2）方案2：增強轉(zhuǎn)向回油管散熱能力，將回油管有效散熱長度由原來的1 100 mm增加至2 690 mm。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫降至118.9℃。

3）方案3：增強轉(zhuǎn)向回油管散熱能力，將回油管有效散熱長度由原來的1 100 mm增加至2 690 mm，并將回油管材料由雙層卷焊管改為鋁管，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫降至116.7℃。

經(jīng)對3種方案進行測試對比，本著最大程度降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最高油溫和保證產(chǎn)品性能的原則，并綜合考慮方案實施成本，提高包裝和裝配效率等因素，最終確定采用方案3進行優(yōu)化。原狀態(tài)及3種方案轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫測試結(jié)果，如圖2所示。

圖2 汽車液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫測試結(jié)果

對選定的方案3進行整車熱平衡臺架試驗驗證，結(jié)果能滿足各工況下設(shè)計目標(biāo)要求。另外進行搭載整車試驗驗證，經(jīng)試驗場繞“8”字工況和城市廣場工況油溫測試，轉(zhuǎn)向油壺內(nèi)油溫最高為110℃，同樣能滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)要求。因此從各試驗驗證結(jié)果可知，優(yōu)化后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均能滿足臺架及實際駕駛過程中的嚴(yán)苛工況，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)滿足整車技術(shù)條件。

4 結(jié)論

通過對某車型出現(xiàn)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油液溫度過高問題的分析，找出了主要原因并確定了優(yōu)化方案，最終通過試驗驗證解決了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高問題。為后續(xù)此類問題的分析提供了寶貴的經(jīng)驗。

通過對汽車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高問題的分析和優(yōu)化驗證，得出以下結(jié)論：1）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高的主要原因是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)外部輻射太強及本身散熱能力不足；2）減少熱輻射不能簡單通過增大隔熱罩包圍面積的方法，因此法對油泵本身散熱及周邊流場也會產(chǎn)生不良影響，需引起足夠重視，在后續(xù)的開發(fā)過程中進行深入的研究。