轉(zhuǎn)向器閥特性曲線對(duì)車輛轉(zhuǎn)向性能的影響

張瑞峰，張 棟

（江鈴重型汽車有限公司，山西 太原 030006）

引言

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車運(yùn)輸業(yè)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，物流行業(yè)的不斷壯大和發(fā)展，使得人們根據(jù)不同貨物種類及運(yùn)輸場(chǎng)景的不同，對(duì)車輛的性能需求也在不斷發(fā)生著變化。不斷細(xì)分化的市場(chǎng)對(duì)汽車的各項(xiàng)性能提出了越來(lái)越高的要求，用戶群體也越來(lái)越多地明確了對(duì)車輛的性能需求，這不僅體現(xiàn)在車輛的油耗、排放、重量等方面，而且對(duì)車輛的駕駛感受、NVH 等有了新的訴求。由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是車輛的關(guān)鍵重要系統(tǒng)，它不單單要保證日常行駛安全，還要確保其在日常操作中的舒適性，客戶對(duì)車輛轉(zhuǎn)向性能的需求較為明顯。

1 轉(zhuǎn)向閥特性曲線形狀及區(qū)間的特點(diǎn)分析

在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向器的特性對(duì)整車轉(zhuǎn)向性能的影響不言而喻，而轉(zhuǎn)向器的閥特性曲線直觀地反應(yīng)了轉(zhuǎn)向器輸入轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系，是評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向器的重要指標(biāo)。如圖1 所示，閥特性曲線通常使用輸入手力與輸出油壓表示（輸出扭矩等于油壓壓力乘以油缸的工作面積和作用力臂）。閥特性曲線的形狀及特點(diǎn)是由閥體刃口尺寸決定的[1-2]。

如圖2 所示，轉(zhuǎn)向器閥特性曲線大致可分為3個(gè)區(qū)段。

A 區(qū)段：該段曲線特點(diǎn)是在小的輸入力矩情況下，油壓無(wú)明顯變化，轉(zhuǎn)向助力未介入，以防止車輛轉(zhuǎn)向過(guò)于靈敏。

B 區(qū)段：該段曲線特點(diǎn)是油壓伴隨輸入力矩的增加而增加，為車輛轉(zhuǎn)向中高速常用區(qū)域。

圖1 轉(zhuǎn)向器閥特性曲線

圖2 特性曲線分段示意圖

C 區(qū)段：該段曲線呈陡而直線上升狀態(tài)，以隨輸入力矩增加迅速提供更大的轉(zhuǎn)向助力，主要表現(xiàn)在車輛原地或低速大角度轉(zhuǎn)向時(shí)提供更大助力。

動(dòng)力轉(zhuǎn)向器向右轉(zhuǎn)和向左轉(zhuǎn)的閥特性曲線具備對(duì)稱性。

2 特性曲線相關(guān)整車性能的評(píng)估方法

由上述結(jié)論可知，轉(zhuǎn)向器閥特性曲線每個(gè)區(qū)段的形狀特點(diǎn)都會(huì)對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向性能有直接影響，而這些性能在整車上的表現(xiàn)，通常通過(guò)以下試驗(yàn)來(lái)評(píng)估。

2.1 車輛低速工況時(shí)的轉(zhuǎn)向力評(píng)估

試驗(yàn)方法：車輛置于低擋，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持在常用轉(zhuǎn)速（以常見(jiàn)柴油機(jī)為例，即轉(zhuǎn)速保持在1 200 r/min 左右，車速控制在15～20 km/h），方向盤從中間位置向左轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤到極限位置，然后向右轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤到極限位置，回到初始位置（累計(jì)為一個(gè)循環(huán)），連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)不少于3 個(gè)完整循環(huán)，操作過(guò)程中，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度應(yīng)為90°/s±45°/s，采集處理數(shù)據(jù)，評(píng)估其中心區(qū)域轉(zhuǎn)向手力大?。ㄈ鐖D3）。

圖3 轉(zhuǎn)向力矩與方向盤轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線

2.2 車輛中高速工況時(shí)的轉(zhuǎn)向力評(píng)估

試驗(yàn)方法：通過(guò)中間位置轉(zhuǎn)向試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，車輛以一定的速度作近似于正弦去曲線的蛇行行駛（考慮到半掛牽引車的實(shí)際情況，測(cè)試車速控制在70～80 km/h），正弦運(yùn)動(dòng)周期為5 s，側(cè)向加速度峰值為0.2g 左右。采集處理數(shù)據(jù)后，關(guān)注車輛側(cè)向加速度為0.1g 時(shí)轉(zhuǎn)向盤的力矩大?。ㄈ鐖D3）。

2.3 車輛中高速工況的路感、回正性評(píng)估

試驗(yàn)方法：同樣基于車輛中間位置轉(zhuǎn)向試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，車輛方向盤力矩為0 時(shí)的汽車側(cè)向加速度，體現(xiàn)了汽車的回正性能情況，0g 處的轉(zhuǎn)向盤力矩梯度，它是0g 處轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩隨汽車側(cè)向加速度的變化率，可反映出車輛的路感（如圖4）。

圖4 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩與側(cè)向加速度關(guān)系曲線

3 實(shí)例分析

3.1 車輛故障描述

國(guó)內(nèi)某6x4T 車型在某區(qū)域售后市場(chǎng)客戶反饋車輛手力偏重。通過(guò)實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，客戶抱怨發(fā)生在車速30～40 km/h,山區(qū)多坡的行駛路段，同時(shí)客戶反饋車輛的回正性和中高速路感感覺(jué)較好，為排查原因，對(duì)其車輛進(jìn)行了實(shí)車相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。

表1 為車輛客觀測(cè)試結(jié)果，根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向性能的開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般駕駛員的正常手力范圍為4～5 N·m，轉(zhuǎn)向力矩為0 時(shí)的側(cè)向加速度數(shù)值越小其回正性能越好，通常的推薦范圍為小于0.15g,側(cè)向加速度為0g 時(shí)的轉(zhuǎn)向盤力矩梯度數(shù)值越大其路感越明顯，由此可見(jiàn)，客戶抱怨車輛的客觀測(cè)試結(jié)果與主觀駕評(píng)結(jié)果基本吻合，轉(zhuǎn)向手力偏大，車輛路感與回正性能良好，建議通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)向器閥特性曲線，可以快速有效地進(jìn)行相關(guān)性能的改善。

表1 實(shí)車數(shù)據(jù)采集結(jié)果

3.2 閥特性曲線的優(yōu)化方案

圖5 是車輛優(yōu)化前的閥特性曲線，A 區(qū)末點(diǎn)坐標(biāo)為（1.8 N·m，2 bar），B 區(qū)末點(diǎn)坐標(biāo)為（5.7 N·m，40 bar），C 區(qū)末點(diǎn)坐標(biāo)為（8.6 N·m，150 bar）?；趯?duì)轉(zhuǎn)向器閥特性曲線形狀及區(qū)間的特點(diǎn)分析，優(yōu)化方向?yàn)椋?/p>

1）適當(dāng)縮短A 區(qū)長(zhǎng)度，使得轉(zhuǎn)向助力適當(dāng)提前介入，但縮短距離不宜過(guò)多，否則會(huì)影響到車輛路感及回正向能；

2）增加B 區(qū)和C 區(qū)的斜率，從而在保證輸出油壓不變的情況下，降低輸入力矩。

圖5 優(yōu)化前轉(zhuǎn)向器閥特性曲線

3.3 優(yōu)化的方案的效果評(píng)估

實(shí)施上述優(yōu)化方案，重新選擇某樣機(jī)參數(shù)，優(yōu)化前、后的閥特性曲線如圖6 所示：A 區(qū)末點(diǎn)坐標(biāo)為（1.4 N·m，2 bar）,B 區(qū)末點(diǎn)坐標(biāo)為（4.9 N·m，40 bar），C 區(qū)末點(diǎn)坐標(biāo)為（7.9 N·m，150 bar）。搭載整車進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試后，測(cè)試結(jié)果如下頁(yè)圖7、圖8 所示。

圖6 優(yōu)化前、后轉(zhuǎn)向器閥特性曲線

圖7 轉(zhuǎn)向力矩與方向盤轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線

圖8 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩與側(cè)向加速度關(guān)系曲線

通過(guò)對(duì)優(yōu)化前、后的車輛進(jìn)行客觀測(cè)試，結(jié)果如表2 所示，車輛在低速時(shí)的轉(zhuǎn)向手力明顯變輕，由優(yōu)化前的5.63 N，下降為4.81 N；其路感、回正性能雖有輕微惡化，但下降幅度較小，在主觀駕評(píng)中可以忽略。通過(guò)客戶及專業(yè)駕評(píng)工程師駕評(píng)后，均反饋轉(zhuǎn)向手力改善明顯，車輛回正性差異不大，車輛在中高速工況并未出現(xiàn)方向發(fā)飄、無(wú)中心感的問(wèn)題，由此可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向器閥特性曲線的優(yōu)化后，車輛轉(zhuǎn)向的綜合性能取得明顯提升[3-5]。

4 結(jié)語(yǔ)

轉(zhuǎn)向器閥特性曲線的特點(diǎn)直接影響了車輛轉(zhuǎn)向手力、路感、回正性等轉(zhuǎn)向性能，合理的閥特性曲線選擇，有利于車輛各轉(zhuǎn)向性能的平衡。其中A 區(qū)段過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致車輛在中高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向器反應(yīng)遲鈍，不能及時(shí)介入，容易引起駕駛員誤判；過(guò)短則容易在中高速行駛過(guò)程中，轉(zhuǎn)向發(fā)飄、無(wú)中心感，喪失路感，且車輛轉(zhuǎn)向回正變差；B、C 區(qū)段要求助力作用明顯，油壓曲線的斜率變化應(yīng)較大，變化率過(guò)小將導(dǎo)致車輛常用工況手力發(fā)重。車輛不同的使用場(chǎng)景，客戶對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向性能有不同的需求，可以通過(guò)選取不同的轉(zhuǎn)向器閥特性曲線，快速有效地滿足車輛不同場(chǎng)景的使用要求。

表2 優(yōu)化前后的關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試結(jié)果