液壓轉向系統(tǒng)共振異響優(yōu)化設計

傅麗華

（江鈴控股有限公司開發(fā)中心底盤部 330000)

隨著科學技術和汽車行業(yè)的快速發(fā)展，人們對汽車駕駛舒適性要求越來越高。轉向系統(tǒng)是汽車重要組成部分，不再只是為駕駛員提供基本轉向功能，轉向的操縱穩(wěn)定性和NVH性能越來越受關注。液壓轉向系統(tǒng)的匹配，是轉向系統(tǒng)開發(fā)的重點和難點，不僅要兼顧轉向的感受，還要考慮轉向NVH性能[1]。本文針對某車型在D擋原地轉動方向盤到特定位置，出現(xiàn)共振異響原因的剖析，對轉向系統(tǒng)匹配進行優(yōu)化設計。

1 轉向系統(tǒng)共振異響原因分析

1.1 原地轉動方向盤共振異響現(xiàn)象

車輛原地怠速時，從中間位置向左轉動方向盤或向右轉動方向盤約1圈位置，出現(xiàn)類似“嗡嗡”異響聲。向左轉動方向盤出現(xiàn)概率居多，D擋容易出現(xiàn)，P擋較難出現(xiàn)，且方向盤伴隨有振動感。

1.2 原地轉動方向盤共振異響原因分析

對實車故障現(xiàn)象確認，在出現(xiàn)共振異響時，轉向機自身上的長、短硬油管和轉向機與高壓油管連接處的油管出現(xiàn)振動，靠近轉向機進油口的高壓油管振動尤其明顯，初步確定此處為發(fā)生振動的位置。根據(jù)振動位置及液壓轉向系統(tǒng)助力原理，在故障車的轉向泵出油位置、轉向高壓油管和轉向機自身的長、短油管處分別布置傳感器，掛入P擋和D擋時，原地轉動方向盤進行振動和噪聲測試，布置傳感器位置如圖1所示。

圖1 布置傳感器位置圖

在車輛空調壓縮機開啟的情況下，掛入P擋時噪聲為49.57 dB（A），無噪聲；在D擋時噪聲為56.46 dB（A），出現(xiàn)噪聲。

表1 各位置振動RMS值D擋位與P擋位倍數(shù)關系

從測試結果可以看出，在P擋和D擋時，轉向泵出油管、高壓管第1段和高壓管第2段變化相對較小，D擋時轉向機長、短油管和高壓管第3段有明顯振動，其中靠近轉向機進油口的高壓管第3段（液體流動方向）的振動變化最大（表1）。

對P擋和D擋噪聲頻譜進行分析（圖2），發(fā)現(xiàn)引起異響的頻率為75.14 Hz（一階）及其倍頻，其中150.24 Hz（二階）噪聲最大。圖中綠色為D擋，紅色為P擋。

圖2 P擋和D擋噪聲頻譜

對故障車在D擋出現(xiàn)故障時進行系統(tǒng)油壓測試，分別在轉向泵出油口和高壓油管第3段布置傳感器。故障出現(xiàn)時高壓油管第3段壓力出現(xiàn)明顯波動，但轉向泵出油口波動不明顯（圖3）。圖中藍色為轉向泵出油口，紫色為高壓油管第3段。

圖3 D擋出現(xiàn)故障時的系統(tǒng)油壓測試

1.3 對上述測試進行分析

(1)根據(jù)振動及油壓測試分析發(fā)現(xiàn)，轉向共振異響出現(xiàn)時，轉向機進油壓力波動較大，且伴隨著油壓的波動而出現(xiàn)轉向共振異響。

(2)結合頻譜分析，出現(xiàn)異響時振動的頻率與車內噪聲的頻率是吻合的，基本判定原因為轉向機內部與轉向機進油口高壓管油液的激勵沖擊，引起的壓力波動變化，且D擋比P擋明顯。

2 對策驗證方案實施

通過測試分析基本鎖定原因，從轉向系統(tǒng)內部激勵的源頭及油管匹配方面進行優(yōu)化，結合實車驗證來尋求最優(yōu)的方案。

2.1 轉向機油管直徑加粗

直徑由6.35 mm改為8.00 mm，油管走形進行優(yōu)化，將改進件更換到故障車驗證，改善不明顯。將硬管改為軟管，在故障車上驗證有明顯改善，但工藝及布置上不可行。

2.2 對轉向高壓管總成進行優(yōu)化

轉向高壓油管總成有2段高壓軟管，將第1段的高壓油管內部前段降噪芯和第2段高壓油管降噪芯分別加長20.00 mm（圖4），在故障車上驗證，有明顯改善，出現(xiàn)振動頻率降低。

圖4 改進方案

2.3 增大轉向機閥芯和閥套的阻尼

閥芯和閥套之間由單阻尼結構改為雙阻尼結構（圖5），轉向軸閥芯上設計1個底槽，閥套與閥芯底槽之間依次裝配1個聚四氟乙烯環(huán)和1個O形圈。閥套、聚四氟乙烯環(huán)、O形圈及閥芯底槽之間均采用過盈配合，以增大轉向軸閥芯與閥套的阻尼，抑制轉向系統(tǒng)油液壓力波動引起的振動。在故障車上更換改進后的轉向機進行驗證，有明顯改善，振動出現(xiàn)頻率降低。同時結合2.2中優(yōu)化設計進行批量生產驗證，改進后的車輛未出現(xiàn)共振異響。

圖5 由單阻尼結構改為雙阻尼結構

3 結束語

本文主要結合共振異響現(xiàn)象，通過對轉向系統(tǒng)振動、噪聲、流量及壓力進行對比測試，鎖定根本原因。再從轉向系統(tǒng)內部激勵的源頭及油管匹配方面進行優(yōu)化，對各項改進措施實車驗證，最終故障得到解決[2]。將改進更新到DFMEA，為后續(xù)新車型開發(fā)做好經驗的積累，避免故障現(xiàn)象重復發(fā)生。