商用汽車轉(zhuǎn)向系常見故障解析

楊建偉

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：故障：解析

0引言

車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用于改變或保持汽車行駛方向的專門機構(gòu)。其作用是使汽車在行駛過程中能按照駕駛員的操縱意圖而適時地改變其行駛方向，并在受到路面?zhèn)鱽淼呐既粵_擊及車輛意外地偏離行駛方向時，能與行駛系統(tǒng)配合共同保持車輛繼續(xù)穩(wěn)定行駛。因此，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性。車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零部件在車輛制造及裝配環(huán)節(jié)均被定義為重要安保件。

車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了純機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以及更為節(jié)能、操縱性更好的電子控制式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）等幾個階段，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動機直接提供動力，助力大小由電控單元（ECU）控制，具有助力大小實時可調(diào)、路感良好、環(huán)保、耗能低等諸多優(yōu)點，但一般多用于軸荷相對較低的乘用車上。

對于商用汽車而言，目前應用比較廣泛仍然是性價比較高的循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如圖1所示。本文對商用汽車轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)、工作原理、及常見故障模式進行了系統(tǒng)的解析。

1轉(zhuǎn)向系的基本組成及工作原理

1.1轉(zhuǎn)向系的基本組成

汽車轉(zhuǎn)向系一般由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)3部分組成，但隨著轉(zhuǎn)向系的類型不同，其結(jié)構(gòu)組成又有所差異。按轉(zhuǎn)向能源的不同，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2大類。就商用汽車而言，因前軸負荷較大，目前多為動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

a.轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)：主要由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成，如圖2所示。

b.轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)：將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)向器垂臂的擺動，并對轉(zhuǎn)向操縱力進行放大的機構(gòu)。主要由動轉(zhuǎn)油泵、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向油壺、轉(zhuǎn)向油管等組成。動轉(zhuǎn)油泵一般裝在發(fā)動機本體上，轉(zhuǎn)向器及動轉(zhuǎn)油壺一般固定在車架上，動轉(zhuǎn)油管則根據(jù)發(fā)動機動力艙的空間進行布置，如圖3所示。

c.轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)：將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳給車輪（轉(zhuǎn)向節(jié)），并使左右車輪按一定關(guān)系進行偏轉(zhuǎn)的機構(gòu)。一般由轉(zhuǎn)向垂臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向橫拉桿等部件組成，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

汽車行駛方向的改變是由駕駛員通過操縱轉(zhuǎn)向系來改變轉(zhuǎn)向輪（一般是前輪）的偏轉(zhuǎn)角度實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)向系不僅可以改變汽車的行駛方向，使其按駕駛員的意圖行駛，而且還可以克服由于路面?zhèn)认蚋蓴_力使車輪自行產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向，恢復汽車原來的行駛方向。

1.2轉(zhuǎn)向系的工作原理

汽車轉(zhuǎn)向時，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向軸輸入轉(zhuǎn)向器。從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列零件即屬于轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)。作為減速傳動裝置的轉(zhuǎn)向器中有兩級減速傳動副，經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運動通過轉(zhuǎn)向錘臂傳到轉(zhuǎn)向直拉桿，再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而改變了汽車的行駛方向。

當駕駛員逆時針方向亦即向左轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向錘臂將拉動轉(zhuǎn)向直拉桿向前運動。轉(zhuǎn)向直拉桿的拉力作用在轉(zhuǎn)向節(jié)臂上，使左側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)及左側(cè)轉(zhuǎn)向輪繞主銷向左偏轉(zhuǎn)一個角度，同時通過梯形臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿使另一側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)與轉(zhuǎn)向輪繞該側(cè)轉(zhuǎn)向主銷偏轉(zhuǎn)一定的角度，這時汽車將向左轉(zhuǎn)向，反之，當駕駛員順時針轉(zhuǎn)動方向盤時，車輛將向右轉(zhuǎn)向。

與此同時，與轉(zhuǎn)向盤相連接的輸入軸帶動扭桿發(fā)生一定扭轉(zhuǎn)變形，輸入軸上的油槽與閥套上的油槽相對位置發(fā)生了改變，即控制閥起作用，并引導高壓油流向轉(zhuǎn)指定的油缸，即轉(zhuǎn)向器上油缸或下油缸，在相對應的齒條活塞端面產(chǎn)生了液壓作用力，并推動齒條活塞軸向移動，使搖臂軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了液壓助力轉(zhuǎn)向。圖5為轉(zhuǎn)閥的工作原理。

當轉(zhuǎn)向盤直徑一定時，駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動力矩（即手力）的大小取決于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比的大小。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比i是用轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)相應轉(zhuǎn)角增量之比來表示。其數(shù)值是轉(zhuǎn)向器角傳動比i和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比i的乘積。轉(zhuǎn)向器角傳動比是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與同側(cè)錘臂軸轉(zhuǎn)角相應增量之比。轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比是錘臂軸轉(zhuǎn)角增量與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角相應增量之比。

對于一般汽車而言i大約為1。由此可見，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比主要取決于轉(zhuǎn)向器角傳動比。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比越大，轉(zhuǎn)向時加在轉(zhuǎn)向盤上的力矩就越小，轉(zhuǎn)向輕便。但轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比過大會導致轉(zhuǎn)向操縱不靈敏。所以，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比的大小要協(xié)調(diào)好“轉(zhuǎn)向輕便”與“轉(zhuǎn)向靈敏”之間的矛盾。

2轉(zhuǎn)向系常見故障模式

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相對車輛其他系統(tǒng)來說，核心部件油泵及轉(zhuǎn)向器精密度較高，其安保級別屬于重保，使用中不能出現(xiàn)嚴重的失效模式，否則將會釀出不可估量的后果。同時，轉(zhuǎn)向系也是駕駛員與車輛直接交互的主要通道，轉(zhuǎn)向系的任何故障模式或不良體驗，將直接影響到車輛的駕乘舒適感，對車輛本身的口碑產(chǎn)生直接的影響。

轉(zhuǎn)向系常見的故障模式主要有：轉(zhuǎn)向沉重，轉(zhuǎn)向異響及轉(zhuǎn)向跑偏、不回正。

3故障模式解析及處理

3.1轉(zhuǎn)向沉重

3.1.1故障現(xiàn)象

車輛行駛過程中，駕駛員向左、右轉(zhuǎn)動方向盤時，感到沉重費力，無回正感;汽車低速轉(zhuǎn)彎行駛和調(diào)頭時，轉(zhuǎn)動方向盤感到非常沉重，甚至打不動。

3.1.2故障主要原因及處理方法

轉(zhuǎn)向沉重的根本原因是動轉(zhuǎn)油罐油量不足，轉(zhuǎn)向器內(nèi)漏嚴重，轉(zhuǎn)向輪氣壓不足、定位不準或轉(zhuǎn)向系傳動鏈中出現(xiàn)配合過緊或卡滯而引起摩擦阻力增大等。具體原因及對應解決方法主要有：

①動轉(zhuǎn)油罐油量低于最低刻度下限，應按油罐上、下刻線加注動轉(zhuǎn)油。

②動轉(zhuǎn)油過臟，造成油罐進出油不暢，回油背壓過大，應清洗油罐并更換動轉(zhuǎn)油。

⑧油罐內(nèi)部有大量氣泡，此時不僅轉(zhuǎn)向沉重，而且在轉(zhuǎn)向時還伴有噪音，應啟動車輛，同時打開油罐加油蓋進行排氣即可。

④動轉(zhuǎn)油泵皮帶松動、打滑或泵體出現(xiàn)松動，此時應緊固泵體或更換皮帶。

⑤油管各連接部位螺栓松動，造成轉(zhuǎn)向油泄漏，此時系統(tǒng)壓力降低，應予以緊固。

⑥前輪定位失準或轉(zhuǎn)向輪輪胎氣壓不足，應按規(guī)定充氣。

⑦轉(zhuǎn)向器主、從動部分的嚙合間隙調(diào)整過小，應予調(diào)整。

⑧轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向軸彎曲或套管凹癟造成轉(zhuǎn)向動態(tài)干涉，應予修理或更換。

⑨轉(zhuǎn)向直、橫拉桿球頭連接處調(diào)整過緊或缺油，應予調(diào)整或添加潤滑脂。

⑩轉(zhuǎn)向節(jié)主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套配合過緊或缺油，或轉(zhuǎn)向節(jié)止推軸承缺油，應予調(diào)整或添加潤滑脂等。

⑩轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)螺母油封密封不良，內(nèi)泄漏過大，此時應更換轉(zhuǎn)向器總成。

3.1.3故障診斷方法

以商用車循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例，遵循先觀察后拆檢、先簡單后復雜的故障處理原則進行逐一排查診斷，力求簡便、快速的找出故障的根源。具體按圖6所示循環(huán)球液壓助力轉(zhuǎn)向系轉(zhuǎn)向沉重常見故障原因診斷流程找出故障的根源所在。

3.2轉(zhuǎn)向異響

3.2.1故障現(xiàn)象

當駕駛室員在轉(zhuǎn)動方向盤時，轉(zhuǎn)向系出現(xiàn)較大的異常聲響，在駕駛員停止轉(zhuǎn)動方向盤時，該不明噪音隨即消失。

3.2.2故障主要原因及處理方法

以循環(huán)球液壓助力轉(zhuǎn)向系為例，在發(fā)動機起動后，轉(zhuǎn)向助力泵的溢流閥中出現(xiàn)液流噪聲是正常的，但噪聲過大甚至影響轉(zhuǎn)向性能時，該噪聲應視為故障。轉(zhuǎn)向助力泵異響主要原因可能是由于整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部清潔度差及轉(zhuǎn)向泵在過度疲勞的情況下運轉(zhuǎn)引起，在排除故障前，應首先檢查整個轉(zhuǎn)向系的清潔度。引起轉(zhuǎn)向噪聲的原因及對應解決方法主要有：

①動轉(zhuǎn)油罐油量過低，系統(tǒng)有漏油或轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中有大量氣泡，應處理滲漏、排空氣并補充動轉(zhuǎn)油。

②動轉(zhuǎn)油過臟，造成油罐進出油不暢，應清洗油罐并更換動轉(zhuǎn)油。

⑧轉(zhuǎn)向泵傳動帶打滑、松動，應予調(diào)整或更換。

④轉(zhuǎn)向泵損壞或磨損嚴重，應予修理或更換。

⑤動轉(zhuǎn)油管在安裝和連接過程中有堵塞、彎折或產(chǎn)生共振及進出油不暢現(xiàn)象，應予以疏通、調(diào)整。

⑥動轉(zhuǎn)泵壓力、揚程不足，造成過度疲勞出現(xiàn)異響，應聯(lián)系售后服務站進行更換。

3.2.3故障診斷方法

根據(jù)經(jīng)驗，當駕駛室員在轉(zhuǎn)動方向盤時，轉(zhuǎn)向系發(fā)出‘咔噠咔噠”聲，在已排除轉(zhuǎn)向泵葉片噪聲的情況下，則由轉(zhuǎn)向泵皮帶輪出現(xiàn)松動引起;轉(zhuǎn)向時發(fā)出“嘎吱嘎吱”聲，則一般由轉(zhuǎn)向泵傳動帶打滑引起;當轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向泵發(fā)出“咯吱咯吱”聲，是由于系統(tǒng)中有空氣造成;發(fā)出“嘶嘶嘶嘶”聲時，而且系統(tǒng)無油液泄漏，轉(zhuǎn)向泵傳動帶張緊度也合適，則由油路不暢引起，具體按圖7所示循環(huán)球液壓助力轉(zhuǎn)向系轉(zhuǎn)向異響常見故障原因診斷流程找出故障的根源所在。

3.3轉(zhuǎn)向跑偏、不回正

3.3.1故障現(xiàn)象

當駕駛室員在駕駛車輛行駛過程中，明顯感覺到車輛自動偏向一邊，必須把方向盤用力把住，才能保持車輛直線行駛，同時在車輛轉(zhuǎn)向完成駕駛員雙手松開方向盤后，方向盤不能很好的回正。這種情況下車輪會繼續(xù)拽著轉(zhuǎn)向橫拉桿無法及時回位，車輛繼續(xù)出現(xiàn)跑偏，由于主銷傾角的存在和輪胎外傾的設計，輪胎并不完全是胎面著地，而是胎肩和一部分胎面受力，因此對于輪胎的側(cè)壁壓力是比較大的，由于輪胎側(cè)壁相對比較薄，如果經(jīng)常這樣讓輪胎不平衡受力，就會加快輪胎側(cè)壁的老化變形，輪胎側(cè)壁老化變形后，很可能引起漏氣或爆胎的情況發(fā)生。

3.3.2故障主要原因及處理方法

車輛轉(zhuǎn)向跑偏、不回正的原因多為轉(zhuǎn)向輪定位不當、左右轉(zhuǎn)向輪氣壓不等造成，當然，也有部分故障原因為轉(zhuǎn)向桿系出現(xiàn)扭曲變形、制動鼓與制動蹄片剮蹭、轉(zhuǎn)向節(jié)主銷與襯套間隙左右不一等，具體根據(jù)排查的先易后難主要有：

（D左右輪胎氣壓不等，應予以充氣調(diào)整。

②轉(zhuǎn)向桿系出現(xiàn)扭曲變形，應予以調(diào)整或更換。

⑧制動鼓與制動蹄片剮蹭，應予以調(diào)整或更換。

④轉(zhuǎn)向節(jié)主銷與襯套間隙左右不一，應予以調(diào)整。

⑤前輪定位失準或兩邊軸距不等，應予以調(diào)整。

3.3.3故障診斷方法

車輛轉(zhuǎn)向跑偏、不回正現(xiàn)象，看似故障不大，除直接影響駕駛員駕乘體驗外，因轉(zhuǎn)向輪定位失準，轉(zhuǎn)向不能自動回正，高速行駛時容易出現(xiàn)發(fā)飄的情況，而且還會造成輪胎偏磨，縮短輪胎的使用壽命，甚至會造成車輛跑偏，尤其是在急剎車時，跑偏會更為嚴重，影響駕駛安全。因此，在出現(xiàn)轉(zhuǎn)向跑偏、不回正時應立即停止行駛進行故障排查并解除，從而及時消除安全隱患。

4結(jié)語

總之，車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性，對汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此在轉(zhuǎn)向器出現(xiàn)故障時應充分分析故障原因或故障可能存在的部位，借助于經(jīng)驗以及現(xiàn)代檢測儀器和方法，對可能存在的故障部位或元器件進行檢測，能夠快速準確地診斷并排除故障，進而提高車輛檢測與故障診斷的效率，降低車輛維修成本，做到安全舒適駕駛。

（注：本文作者單位，東風汽車股份有限公司商品研發(fā)院）