转向器阀特性曲线对车辆转向性能的影响

张瑞峰，张 栋

（江铃重型汽车有限公司，山西 太原 030006）

引言

近年来，随着社会经济的飞速发展，汽车运输业也有了长足的发展，物流行业的不断壮大和发展，使得人们根据不同货物种类及运输场景的不同，对车辆的性能需求也在不断发生着变化。不断细分化的市场对汽车的各项性能提出了越来越高的要求，用户群体也越来越多地明确了对车辆的性能需求，这不仅体现在车辆的油耗、排放、重量等方面，而且对车辆的驾驶感受、NVH 等有了新的诉求。由于转向系统是车辆的关键重要系统，它不单单要保证日常行驶安全，还要确保其在日常操作中的舒适性，客户对车辆转向性能的需求较为明显。

1 转向阀特性曲线形状及区间的特点分析

在转向系统中转向器的特性对整车转向性能的影响不言而喻，而转向器的阀特性曲线直观地反应了转向器输入转矩和输出转矩的变化关系，是评价转向器的重要指标。如图1 所示，阀特性曲线通常使用输入手力与输出油压表示（输出扭矩等于油压压力乘以油缸的工作面积和作用力臂）。阀特性曲线的形状及特点是由阀体刃口尺寸决定的[1-2]。

如图2 所示，转向器阀特性曲线大致可分为3个区段。

A 区段：该段曲线特点是在小的输入力矩情况下，油压无明显变化，转向助力未介入，以防止车辆转向过于灵敏。

B 区段：该段曲线特点是油压伴随输入力矩的增加而增加，为车辆转向中高速常用区域。

图1 转向器阀特性曲线

图2 特性曲线分段示意图

C 区段：该段曲线呈陡而直线上升状态，以随输入力矩增加迅速提供更大的转向助力，主要表现在车辆原地或低速大角度转向时提供更大助力。

动力转向器向右转和向左转的阀特性曲线具备对称性。

2 特性曲线相关整车性能的评估方法

由上述结论可知，转向器阀特性曲线每个区段的形状特点都会对车辆的转向性能有直接影响，而这些性能在整车上的表现，通常通过以下试验来评估。

2.1 车辆低速工况时的转向力评估

试验方法：车辆置于低挡，发动机转速保持在常用转速（以常见柴油机为例，即转速保持在1 200 r/min 左右，车速控制在15～20 km/h），方向盘从中间位置向左转动方向盘到极限位置，然后向右转动方向盘到极限位置，回到初始位置（累计为一个循环），连续转动不少于3 个完整循环，操作过程中，方向盘转动速度应为90°/s±45°/s，采集处理数据，评估其中心区域转向手力大小（如图3）。

图3 转向力矩与方向盘转角关系曲线

2.2 车辆中高速工况时的转向力评估

试验方法：通过中间位置转向试验进行评估，车辆以一定的速度作近似于正弦去曲线的蛇行行驶（考虑到半挂牵引车的实际情况，测试车速控制在70～80 km/h），正弦运动周期为5 s，侧向加速度峰值为0.2g 左右。采集处理数据后，关注车辆侧向加速度为0.1g 时转向盘的力矩大小（如图3）。

2.3 车辆中高速工况的路感、回正性评估

试验方法：同样基于车辆中间位置转向试验进行评估，车辆方向盘力矩为0 时的汽车侧向加速度，体现了汽车的回正性能情况，0g 处的转向盘力矩梯度，它是0g 处转向盘转矩随汽车侧向加速度的变化率，可反映出车辆的路感（如图4）。

图4 转向盘转矩与侧向加速度关系曲线

3 实例分析

3.1 车辆故障描述

国内某6x4T 车型在某区域售后市场客户反馈车辆手力偏重。通过实地调研发现，客户抱怨发生在车速30～40 km/h,山区多坡的行驶路段，同时客户反馈车辆的回正性和中高速路感感觉较好，为排查原因，对其车辆进行了实车相关数据的采集。

表1 为车辆客观测试结果，根据车辆转向性能的开发的经验数据，一般驾驶员的正常手力范围为4～5 N·m，转向力矩为0 时的侧向加速度数值越小其回正性能越好，通常的推荐范围为小于0.15g,侧向加速度为0g 时的转向盘力矩梯度数值越大其路感越明显，由此可见，客户抱怨车辆的客观测试结果与主观驾评结果基本吻合，转向手力偏大，车辆路感与回正性能良好，建议通过优化转向器阀特性曲线，可以快速有效地进行相关性能的改善。

表1 实车数据采集结果

3.2 阀特性曲线的优化方案

图5 是车辆优化前的阀特性曲线，A 区末点坐标为（1.8 N·m，2 bar），B 区末点坐标为（5.7 N·m，40 bar），C 区末点坐标为（8.6 N·m，150 bar）。基于对转向器阀特性曲线形状及区间的特点分析，优化方向为：

1）适当缩短A 区长度，使得转向助力适当提前介入，但缩短距离不宜过多，否则会影响到车辆路感及回正向能；

2）增加B 区和C 区的斜率，从而在保证输出油压不变的情况下，降低输入力矩。

图5 优化前转向器阀特性曲线

3.3 优化的方案的效果评估

实施上述优化方案，重新选择某样机参数，优化前、后的阀特性曲线如图6 所示：A 区末点坐标为（1.4 N·m，2 bar）,B 区末点坐标为（4.9 N·m，40 bar），C 区末点坐标为（7.9 N·m，150 bar）。搭载整车进行相关的测试后，测试结果如下页图7、图8 所示。

图6 优化前、后转向器阀特性曲线

图7 转向力矩与方向盘转角关系曲线

图8 转向盘转矩与侧向加速度关系曲线

通过对优化前、后的车辆进行客观测试，结果如表2 所示，车辆在低速时的转向手力明显变轻，由优化前的5.63 N，下降为4.81 N；其路感、回正性能虽有轻微恶化，但下降幅度较小，在主观驾评中可以忽略。通过客户及专业驾评工程师驾评后，均反馈转向手力改善明显，车辆回正性差异不大，车辆在中高速工况并未出现方向发飘、无中心感的问题，由此可见，通过对转向器阀特性曲线的优化后，车辆转向的综合性能取得明显提升[3-5]。

4 结语

转向器阀特性曲线的特点直接影响了车辆转向手力、路感、回正性等转向性能，合理的阀特性曲线选择，有利于车辆各转向性能的平衡。其中A 区段过长会导致车辆在中高速行驶时，转向器反应迟钝，不能及时介入，容易引起驾驶员误判；过短则容易在中高速行驶过程中，转向发飘、无中心感，丧失路感，且车辆转向回正变差；B、C 区段要求助力作用明显，油压曲线的斜率变化应较大，变化率过小将导致车辆常用工况手力发重。车辆不同的使用场景，客户对车辆的转向性能有不同的需求，可以通过选取不同的转向器阀特性曲线，快速有效地满足车辆不同场景的使用要求。

表2 优化前后的关键参数测试结果