汽车液压动力转向系统油温过高分析及优化

王庆峰 马向辉 张军

（北京汽车股份有限公司汽车研究院）

液压动力转向系统（HPS）可以明显减小停车转向力，使驾驶员比较轻松的进行停车转向。汽车行驶中的转向力也得到减小，有利于减轻驾驶员的疲劳[1]，并且能吸收来自不平路面的冲击[2]，因此液压转向系统在各类汽车上得到广泛的应用。液压动力转向系统在整车开发过程中占有非常重要的位置，转向系统直接关系到汽车驾驶的安全性和舒适性，其性能必须得到保证[3]。台架试验作为性能验证的有效手段，可以快速、准确地验证各项性能指标的达成程度，给各系统方案的锁定及优化改进提供有力支撑。液压动力转向系统在台架试验验证过程中，会出现各种问题，而对液压动力转向系统的性能产生重要影响的一个因素就是温度。油温过高会对转向系统产生诸多不良影响，因此，必须对转向系统油温过高的原因进行分析并对转向系统部件进行优化以降低油温。文章基于某款车型整车热平衡环境模拟试验结果，分析了液压动力转向系统油温过高的原因，并通过试验分析验证的方法对液压动力转向系统进行了改善，有效地解决了转向系统油温过高的问题。

1 汽车液压动力转向系统油温过高的危害

某改款车型在前期开发阶段，做整车热平衡环境模拟摸底试验时，发现在整车满载状态，10%的坡度上长时间高速运行工况下，转向系统部件温度过高，最高达到129.5℃，超过了转向系统设计要求的最大允许工作温度（120℃）。油液温度过高，会对转向系统零部件及性能产生如下影响。

1）转向液压油会在高温时变稀，液压系统压力将随之降低，所以机械效率也会降低；

2）油温升高导致油的黏度降低，这样使油液经过节流小孔或缝隙式阀门的流量增大，这就使原来调节好的工作速度发生变化，影响工作的稳定性，降低工作精度；

3）油温升高黏度降低后，相对运动表面间的润滑油膜将变薄，这样会增加机械磨损，长时间工作后，转向系统清洁度变差，容易发生故障；

4）油温过高会使转向系统密封装置迅速老化变质，丧失密封性能。

综上，有必要对产生的问题进行分析，找到根本原因，以解决转向系统油温过高的问题。

2 汽车液压动力转向系统油温过高的原因

该车型开发为改款（换发动机）车型，为满足零部件最大共用化，减少新开发件设计要求，在原型车基础上进行转向系统二次开发，对比原型车与改款车转向系统设计方案，发现造成系统油温过高的2种原因。

1）转向油泵和转向高压管距离热源（排气歧管）距离更近，导致转向系统外部热辐射增加。虽对转向油泵增加隔热罩，但效果仍不明显。

2）转向回油管散热总长度为1 850 mm，但有效散热长度仅为1 100 mm，而且散热管布置在冷却风扇后面，因此导致回油管散热效果减弱。

通过对该车型的分析可知，在严苛工况下，转向系统油温过高的主要原因是转向系统外部热辐射增加，回油管散热能力不足。

3 优化方案及效果验证

因汽车转向油泵安装位置已定，因此为满足严苛的试验工况要求，需要在两方面进行优化，以降低转向系统油温。

1）减少转向油泵外部辐射：加大转向油泵隔热罩包围面积；

2）增强转向油管散热能力：增加散热回油管长度，并将散热回油管布置在迎风面；将回油管材料采用散热能力更强的材料。

根据上述分析结果，设计出3种优化方案，并进行验证。

1）方案1：减少转向油泵外部辐射，将原较小的转向油泵隔热罩改为全包围隔热罩，油温反而升高至140.6℃。隔热罩方案对比，如图1所示。

图1 汽车液压动力转向系统隔热罩安装示意图

2）方案2：增强转向回油管散热能力，将回油管有效散热长度由原来的1 100 mm增加至2 690 mm。转向系统油温降至118.9℃。

3）方案3：增强转向回油管散热能力，将回油管有效散热长度由原来的1 100 mm增加至2 690 mm，并将回油管材料由双层卷焊管改为铝管，转向系统油温降至116.7℃。

经对3种方案进行测试对比，本着最大程度降低转向系统最高油温和保证产品性能的原则，并综合考虑方案实施成本，提高包装和装配效率等因素，最终确定采用方案3进行优化。原状态及3种方案转向系统油温测试结果，如图2所示。

图2 汽车液压动力转向系统油温测试结果

对选定的方案3进行整车热平衡台架试验验证，结果能满足各工况下设计目标要求。另外进行搭载整车试验验证，经试验场绕“8”字工况和城市广场工况油温测试，转向油壶内油温最高为110℃，同样能满足转向系统的设计目标要求。因此从各试验验证结果可知，优化后转向系统均能满足台架及实际驾驶过程中的严苛工况，转向系统满足整车技术条件。

4 结论

通过对某车型出现的液压动力转向系统油液温度过高问题的分析，找出了主要原因并确定了优化方案，最终通过试验验证解决了转向系统油温过高问题。为后续此类问题的分析提供了宝贵的经验。

通过对汽车液压转向系统油温过高问题的分析和优化验证，得出以下结论：1）转向系统油温过高的主要原因是转向系统外部辐射太强及本身散热能力不足；2）减少热辐射不能简单通过增大隔热罩包围面积的方法，因此法对油泵本身散热及周边流场也会产生不良影响，需引起足够重视，在后续的开发过程中进行深入的研究。