某车型转向系统液压助力失效机理分析

陈移凤

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330001）

液压助力转向系统主要由液压助力和机械转向两部分组成。液压助力转向系统的液压转向泵由发动机驱动，通过液压转向泵输出压力来推动转向器，从而实现助力转向[1]。

无论汽车是行驶还是原地怠速，且无论汽车是否转向，液压助力转向系统都要工作以提供助力。当液压助力转向系统失效，将导致汽车转向沉重故障，而引起该故障的原因包括转向液加注量不足、转向系统清洁度差、转向泵定转子组件间隙过大或过小、转向泵进油不畅、转向泵出油不畅等。文章对某车型转向系统液压助力失效导致转向沉重的实例分析，通过对故障件的分析、故障车的故障再现以及改进方案的故障再现验证，确认导致液压助力失效的根本原因，并采取有效措施解决了问题。

1 液压助力转向系统的构成及工作原理

液压助力转向系统主要由整体式转向器、液压转向泵、储油罐、油管四部分组成。

液压转向泵安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动或通过齿轮啮合驱动，向外输出液压油，储油罐通过吸油管、回油管分别与液压转向泵和转向器连接。

液压助力转向系统示意图如图1所示，当汽车直线行驶时，转向器内控制阀将液压转向泵输出的液压油与储油罐相通，转向泵处于卸荷状态，转向器不起助力作用。当汽车需要右转向时，驾驶员向右转动方向盘，转向器内的控制阀将转向泵输出的液压油与转向器R腔接通，将L腔与储油罐相通，在液压油的作用下，活塞向下移动，通过传动结构使左、右轮向右偏转，从而实现向右转向。向左转向时与上述情况相反[2]。

图1 液压助力转向系统示意图

2 液压助力失效故障分析

市场上某轻卡车型售后客户反馈，车辆低速行驶转弯偶发性出现液压助力转向失效故障，导致转向沉重，轻踩油门转向时，转向助力恢复。根据故障现象，首先检查原地转向时无转向异响，排除转向泵进油不畅故障因子。观察转向时储油罐内转向液无翻滚气泡，排除转向系统有空气进入故障因子；检查转向管路装配及固定支架，未发现管路折瘪，转向液无泄漏，排除转向系统漏油和装配不当故障因子[3]。

对比故障车与非故障车差异，通过两台车转向系统零件互换装车路试，确认肇事故障件为转向泵。

因此，对转向泵可能导致转向沉重的可疑因子详细分析，以判断故障原因。

2.1 转向泵清洁度检测

首先根据清洁度检测规程，检测故障件转向泵清洁度，包括杂质总重量及颗粒度。

通过清洁度扫描仪/全自动颗粒度检测仪，使用5/150 μm滤膜收集转向泵泵盖、泵体内腔、泵总成内部组件冲洗后清洗剂中的杂质，烘干滤膜并称重。

清洁度检测数据如表1所示，测试结果显示转向泵清洁度合格。

表1 清洁度检测汇总

2.2 转向泵气密性测试

气密试验台上，转向泵进油口密封，出油口连接气密试验通气管，将转向泵完全浸入水中，通入0.1 MPa气压，保压10 s，观察保压期间被测转向泵无气泡产生，测试结果合格。

2.3 转向泵性能测试

性能测试台检测转向泵性能，测试数据安全阀开启压力、流量曲线等均符合设计要求，如表2所示。

2.4 转向泵拆解分析

故障件转向泵拆解分析，目视检查转子/叶片/配油盘/定子，定转子组件，无异常磨损，如图2所示。

表2 性能测试数据汇总

图2 故障件转向泵定转子组件图

转向泵阀组件检测，与泵体阀孔配合表面无异常磨损，阀组件解体检查无杂质，无卡滞。阀组件结构示意图如图3所示。

图3 转向泵阀组件结构示意图

故障件与新转向泵拆解零组件尺寸对比如表3所示，通过关键组件尺寸检测分析，均符合设计要求。

表3 转向泵内部组件尺寸对比

解剖转向泵的泵体进、出油油道，检查油道是否有机加工毛刺或杂质堵塞，对比故障件油道状态，确认转向泵总成阀堵头装配后，局部遮挡转向泵高压出油口，存在出油不畅风险，图4为泵体剖切图。

图4 泵体剖面图

基于转向泵安全阀开启时工作原理如图5所示，转向泵压力是同外负载（方向机）所提供的，当外负载压力增加到超过安全阀压力时，安全阀打开，产生旁道流量Qv，由于油泵阻力孔A的原因使Psv＜Ps，主阀芯两端压差增大，主阀芯的开启度加大，产生了更大的旁道泄漏，油泵的恒流特性受到破坏，但压力却相当于恒压输出，此时安全阀打开产生的旁道回油流量Qv及主阀芯的回油Qb进入油泵吸油口，定量叶片泵重新泵出。这部分转向液在泵内部高速内循环产生高热，使油泵配油盘等零部件加速磨损。同时，油泵的高压腔与低压腔沟通，使方向机在负载增加时建立不起工作压力，转向器操纵困难，油泵转向沉重。转向泵安全阀开启时转向泵流量及压力关系满足下列公式：

式中，Psp为定量叶片泵出油压力（MPa）；Ps为转向泵供给方向机压力（MPa）；Psv为油泵阻力孔后端压力（MPa）；Fs0为流量阀弹簧预紧力（N）；Ks为弹簧刚度（N/mm）；Xv为主阀芯开启度（mm）；Qp为定量叶片泵输出流量（L/min）；Qb为主阀芯开启回油流量（L/min）；Qv为旁道流量（L/min）；△P为主阀芯前后的压差（MPa）。

图5 转向泵在开启压力下工作原理图

故障件转向泵输出到方向机高压油道由于部分被遮挡，出油不畅导致背压增大，当背压达到转向泵安全阀开启压力，使转向泵提前卸压，则会导致转向系统液压助力失效，驾驶员转向时出现转向沉重。

3 改进方案及验证

根据转向泵的阀工作原理推导，判断导致转向系统液压助力失效的根本原因为转向泵高压出油油道遮挡，为了验证该论断的正确性，采取改进措施，改制将遮挡出油油道的阀堵头螺纹长度改短，以保证转向泵高压出油口油道畅通不被遮挡。

将转向泵故障件恢复装车，通过整车路试试验，低速转弯时偶发转向系统液压助力失效故障再现。通过单因子验证方法，将改进措施优化后的转向泵阀堵头更换到转向泵故障件上验证，同台车同试验路况，经1 000 km循环试验，低速转弯时偶发转向系统液压助力失效故障消除。最后再次故障再现验证，将转向泵故障件的原状阀堵头换回，再次路试结果故障仍然再现。

通过理论分析推导，结合实车故障再现验证，确认该案例中转向系统液压助力失效的根本原因为转向泵高压出油不畅，导致出现偶发低速转弯时转向沉重。

4 结论

文章通过实际工作中遇到的典型故障案例，通过大量数据的采集分析，从转向泵组件尺寸、性能参数、泵体结构、阀体工作原理各方面展开分析，结合转向泵阀系统工作原理合理推断故障原因，并对推断观点实践验证，在整车上故障再现A-B-A验证，从理论和实践两方面验证故障原因分析的准确性的方法，在实际问题分析中值得借鉴。