王春龍，郁金龍，喬小兵

（一汽解放商用車開發(fā)院，吉林 長春 130011）

前言

循環(huán)球式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器總成（以下簡稱“轉(zhuǎn)向器總成”）是商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，其最大輸出扭矩（即轉(zhuǎn)向器總成在額定工作壓力下的輸出扭矩）是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎能力的體現(xiàn)。對于實(shí)際輸出扭矩的高估，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)能力不足，為解決這一問題，常用的方法是通過提升助力系統(tǒng)壓力或增大轉(zhuǎn)向器總成缸徑，這將提高轉(zhuǎn)向油泵的工作壓力及排量，導(dǎo)致油溫及油耗升高，增大了系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)可靠性風(fēng)險(xiǎn)增大；而對于實(shí)際輸出扭矩的低估，將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向器總成輸出能力及能源的不必要浪費(fèi)，無法達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，因此，準(zhǔn)確評估轉(zhuǎn)向器總成的實(shí)際輸出能力對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能匹配設(shè)計(jì)尤為重要。

在QC/T529[1]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，未對轉(zhuǎn)向器總成最大輸出扭矩的測試方法及評價(jià)做出要求，這也間接導(dǎo)致整個(gè)行業(yè)多年來對這一重要性能指標(biāo)關(guān)注不夠，通過技術(shù)交流及調(diào)研了解到，國內(nèi)外具備測試能力的廠商只是通過測試少數(shù)幾個(gè)特征位置點(diǎn)（如中間位置）的最大輸出扭矩，來評估轉(zhuǎn)向器總成在全行程的的實(shí)際輸出能力，由于測試位置點(diǎn)少，存在較大的預(yù)估偏差風(fēng)險(xiǎn)。

1 測試方法

結(jié)合多年現(xiàn)場測試經(jīng)驗(yàn)，以及對供應(yīng)商測試能力調(diào)研了解，國內(nèi)外目前對于最大輸出扭矩的測試方法主要采用以下兩種方式，如圖1，圖2所示。

圖1 測試方法一原理圖

圖2 測試方法二原理圖

兩種方法的主要區(qū)別在于測試傳感器選擇的不同，方案一選用拉壓力傳感器，方案二選用扭矩傳感器。具體測試步驟如下：

（1）在輸出端空載情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)輸入端至測試位置；

（2）按圖1或圖2所示方式，固定輸出端；

（3）連接油管，開啟泵站，按試驗(yàn)條件要求，調(diào)節(jié)流量及油溫。

待油溫至試驗(yàn)條件要求，分別向左右轉(zhuǎn)動(dòng)輸入端，記錄輸出力（扭矩）與壓力的關(guān)系曲線，測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 特定位置點(diǎn)測試結(jié)果曲線

傳統(tǒng)測試方案的缺點(diǎn)是只能進(jìn)行單點(diǎn)測試，無法連續(xù)測試。當(dāng)進(jìn)行多點(diǎn)測試時(shí)，需通過反復(fù)拆卸工裝，調(diào)整測試位置，工作量大，效率低，即使低效的對多個(gè)位置點(diǎn)輸出扭矩進(jìn)行測試，但依舊無法對轉(zhuǎn)向器總成在全行程的實(shí)際輸出能力進(jìn)行全面準(zhǔn)確的評估。

為解決測試效率低，對轉(zhuǎn)向器總成實(shí)際輸出能力評估不準(zhǔn)確的問題，本文提出了一種基于PID閉環(huán)控制測試方案，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)向器總成最大輸出扭矩的連續(xù)測試。

圖4 測試原理圖

圖5 測試裝置原理圖

為得到額定工作壓力下，轉(zhuǎn)向器總成在全行程不同位置上的輸出扭矩，以額定工作壓力為控制目標(biāo)，通過PID控制策略，得到輸入端及輸出端伺服電機(jī)控制電壓，通過信號(hào)傳輸，使輸出端及輸入端同時(shí)加載，通過壓力閉環(huán)控制，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸入端及輸出端加載，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)壓力的控制，測試原理如圖4所示，測試裝置原理如圖5所示，現(xiàn)場測試裝置如圖6所示。

圖6 現(xiàn)場測試裝置

具體試驗(yàn)步驟如下：

（1）按圖6所示，在轉(zhuǎn)向器總成中間位置，將樣品輸入端驅(qū)動(dòng)裝置以及輸出端加載裝置與樣品相連；

（2）在轉(zhuǎn)向器總成進(jìn)油口處安裝壓力傳感器，連接油管，連接壓力傳感器信號(hào)線；

（3）開啟泵站，設(shè)定試驗(yàn)流量、油溫、目標(biāo)壓力、系統(tǒng)壓力、測試行程幾個(gè)參數(shù)。

待油溫至設(shè)定溫度，點(diǎn)擊試驗(yàn)程序，開始試驗(yàn)，測試結(jié)果如圖7所示。

圖 7測試結(jié)果，目標(biāo)壓力 15MPa，控制壓力基本在15.00-15.15MPa之間，控制精度1%，扭矩傳感器的測試精度在0.3%Fs，如圖8所示。

圖7 最大輸出扭矩測試結(jié)果曲線

圖8 壓力控制曲線

2 測試結(jié)果及分析

選取3件不同轉(zhuǎn)向器總成生產(chǎn)廠的樣品，分別編號(hào)為A、B、C，3件樣品的額定工作壓力均為15MPa，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 樣品主要參數(shù)

為便于觀察曲線走勢，同時(shí)鑒于左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)在曲線走勢差異較小，以及不同樣品全行程的差異，故截取單邊相同局部數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。由于不同轉(zhuǎn)向器總成的理論輸出扭矩不同，為體現(xiàn)其輸出能力，本文通過實(shí)測輸出扭矩與理論設(shè)計(jì)輸出扭矩的比值以體現(xiàn)其能力。

圖9 A樣品輸出扭矩測試曲線

圖10 B樣品輸出扭矩測試曲線

圖11 C樣品輸出扭矩測試曲線

表2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)圖9～圖11，以及表2試驗(yàn)結(jié)果，可以看出：

（1）三件樣品的實(shí)際輸出能力存在較大差異；

（2）C樣品輸出能力最佳；

（3）曲線左右位置無對稱性，無明顯規(guī)律性；

（4）B樣品的輸出扭矩穩(wěn)定性最差；

（5）綜合在輸出效率及穩(wěn)定性方面，C優(yōu)于A優(yōu)于B。

通過以上測試結(jié)果可以看出，曲線走勢無規(guī)律性可言，簡單通過幾個(gè)特征位置點(diǎn)的輸出扭矩預(yù)判轉(zhuǎn)向器總稱在全行程的實(shí)際輸出能力，存在較大誤判風(fēng)險(xiǎn)，最大值或均值不足以概括轉(zhuǎn)向器總成實(shí)際輸出能力，為保證轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)能力，最小值才是整車匹配的關(guān)鍵，因此，唯有對于轉(zhuǎn)向器總成輸出扭矩的連續(xù)測試才能全面評估轉(zhuǎn)向器總成實(shí)際輸出能力，從而達(dá)到優(yōu)化匹配設(shè)計(jì)的目的。

結(jié)合表1設(shè)計(jì)參數(shù)及從表2的測試結(jié)果可以看出，在均值和最大值方面，設(shè)計(jì)參數(shù)更大的A、B樣品高于C樣品；在最小值方面，A樣品略高于C樣品，B樣品不如C樣品，這主要是由于實(shí)際輸出效率不同造成。C樣品雖然設(shè)計(jì)參數(shù)小，但較高的輸出效率保證了其輸出能力，而加大缸徑設(shè)計(jì)的A、B樣品，為改善原地轉(zhuǎn)向性能，增大了匹配的油泵的排量，但正常車速下，流量需求減少，而較大的排量將增大油泵內(nèi)循環(huán)量，致使助力系統(tǒng)油溫高，增加整車油耗等問題；而較大的工作流量，增大了系統(tǒng)的壓力損失[2]，在轉(zhuǎn)向器總成同樣有效工作壓力下，進(jìn)一步增大了油泵的工作壓力，而較大的排量、較高油溫及工作壓力，極大的增大了對于轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的可靠性亦風(fēng)險(xiǎn)。然而，從三件樣品的測試結(jié)果看，加大缸徑的A、B樣品并未有效解決轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)能力不足的問題。因此，關(guān)注轉(zhuǎn)向器總成的實(shí)際輸出能力，關(guān)注其實(shí)際輸出效率，是優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)匹配的關(guān)鍵；同時(shí)，壓縮同類產(chǎn)品供貨廠商實(shí)際輸出扭矩的差異區(qū)間，對于提升產(chǎn)品的互換性，提高整車性能穩(wěn)定性，尤為重要。

在測試壓力、流量、油溫等試驗(yàn)條件一致的前提下，轉(zhuǎn)向器總成的實(shí)際輸出效率主要由機(jī)械傳動(dòng)效率決定[3]，而傳動(dòng)效率的高低與設(shè)計(jì)參數(shù)及加工精度密不可分[4]。不同的設(shè)計(jì)參數(shù)，將決定齒輪齒條傳動(dòng)副的重合度，加工精度將影響傳動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)精度，從而影響傳動(dòng)效率及其穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

從本文所列出的測試結(jié)果可以看出，測試結(jié)果無明顯規(guī)律性，不同供應(yīng)商樣品性能差異明顯，因此，簡單依靠點(diǎn)測試最大輸出扭矩的方法無法準(zhǔn)確評估轉(zhuǎn)向器總成的實(shí)際輸出能力，唯有通過對轉(zhuǎn)向器總成輸出扭矩的連續(xù)測試，才能準(zhǔn)確評估轉(zhuǎn)向器總成的實(shí)際輸出能力水平，從而為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化匹配開發(fā)，提供完整數(shù)據(jù)，達(dá)到優(yōu)化匹配設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性及產(chǎn)品互換穩(wěn)定性，節(jié)能減排的目的。

針對QC/T529對這一重要性能指標(biāo)要求缺失的現(xiàn)狀，應(yīng)加快完善標(biāo)準(zhǔn)，提升行業(yè)對最大輸出扭矩這一重要性能指標(biāo)的關(guān)注，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高加工質(zhì)量，提升整個(gè)轉(zhuǎn)向器行業(yè)的制造水準(zhǔn)。