轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全可靠性檢測與評估方法qqq

1、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各部件可靠性臺架試驗和系統(tǒng)可靠性臺架試驗嚴堯1，程飛2（1中國汽車工程研究院股份有限公司部件試驗研究部，重慶 400039）(2上海汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，上海）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）主要由儲液罐、高壓管、低壓管、吸油管、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向機總成等組成一個有機整體，具有轉(zhuǎn)向和助力的功能，如圖1所示；本文分析比較研究了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各子零部件的臺架可靠性試驗，提出采用5通道系統(tǒng)試驗臺進行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可靠性評估方法。1系統(tǒng)各子零件可靠性試驗對比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各子零件臺架可靠性試驗主要考核實車操縱工況下，各子零件在不同環(huán)境溫度、油溫、負載等條件下的可靠性，如小齒輪強度，齒條強度，轉(zhuǎn)向機缸筒和活塞密封

2、性、轉(zhuǎn)向管柱軸向徑向間隙，油泵在溫度變速環(huán)境下可靠性等，具體可靠性試驗如下表1：表1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各子零件可靠性試驗一覽表試驗項目溫度載荷次數(shù)模擬工況考核目的轉(zhuǎn)向機可靠性試驗疲勞試驗RT.最大工作油壓+2MPa100,0000cyc中位操縱轉(zhuǎn)向機可靠性磨損試驗RT.最大工作油壓2,5000cyc全轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向機可靠性強制轉(zhuǎn)向試驗RT.175Nm10cyc-齒輪輸入軸強度逆向超載RT.3倍最大輸出載荷2cyc-齒輪和齒條強度逆向沖擊試驗RT.10KN1cyc路沿沖擊齒輪和齒條沖擊強度駐車試驗RT.最大等效前軸載荷5,0000cyc駐車轉(zhuǎn)向機可靠性液壓脈動試驗120最大工作油壓25,0000-缸筒密封性轉(zhuǎn)

3、向管柱可靠性試驗強度試驗RT.大于170Nm2cyc駐車上下軸強度扭轉(zhuǎn)疲勞耐久 （靜態(tài)，下軸固定）RT.±16Nm±35Nm±55Nm±100Nm共6cyc3,7500cyc1,6000cyc2500cyc60cyc共33,6360cyc駐車總成強度，軸承間隙，子零件間隙轉(zhuǎn)動疲勞耐久 （動態(tài)，輸入軸1440°）RT.±16Nm±35Nm±55Nm±100Nm共6cyc3,7500cyc1,6000cyc2500cyc60cyc共33,6360cyc正常行駛總成強度，軸承間隙，子零件間隙震動試驗RT.Ran

4、dom載荷譜每軸8hrs正常行駛總成受路面不平度影響調(diào)節(jié)機構(gòu)耐久RT.1,0000cyc調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向管柱高度和傾斜度調(diào)節(jié)機構(gòu)耐久轉(zhuǎn)向油管可靠性試驗振動試驗RT.隨機振動功率譜各軸8小時坑洼、鵝卵石路等路面沖擊油管接頭低溫脈動試驗-40矩形壓力脈沖10.0000cyc坑洼、鵝卵石路等路面沖擊油管接頭，油管“爆管”高溫脈動試驗120矩形壓力脈沖22.5000cyc坑洼、鵝卵石路等路面沖擊油管接頭，油管“爆管”轉(zhuǎn)向油泵可靠性試驗定轉(zhuǎn)速沖擊RT.POPmax，1500rpm30,0000cyc定速行駛定速可靠性變轉(zhuǎn)速沖擊RT.POPmax，600r/min 0.6nmax12.5hrs Tip in/ti

5、p out變速可靠性高溫試驗100±50.85Pmax，1500rpm1hrs高溫高溫可靠性低溫試驗-40空載10cyc低溫低溫可靠性由表1可以看出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各子零件可靠性試驗主要考慮幾個方面：1） 路面不平度引起的震動，如轉(zhuǎn)向管柱震動耐久、轉(zhuǎn)向油管震動耐久等；2） 環(huán)境溫度引起子零件可靠性變化，如油泵高溫試驗、低溫啟動試驗、方向機高低溫試驗等；3） 轉(zhuǎn)向操縱工況引起子零件可靠性變化，如油泵定速和變速沖擊，方向機磨損和疲勞試驗等；因而可以通過一個整體臺架將所有這些子零件結(jié)合起來，滿足上述三點進行整體可靠性評估，即評價了單個零部件可靠性，也評價各子零件間聯(lián)接的可靠性，更能模擬實車，節(jié)省成

6、本，縮短開發(fā)時間。該臺架即為5通道伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺。2系統(tǒng)試驗轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測試臺能精確回放實際道路上整車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)前輪橫拉桿處不同方向的各種不同路面（坑洼路、石塊路、鵝卵石路、共振路、鐵軌路等）載荷譜，能模擬實車駕駛各種轉(zhuǎn)向操縱工況（直行、蛇行、突然轉(zhuǎn)向等）和駕駛員油門和制動踏板操縱工況導致載荷車速等變化，因而能準確評估轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可靠性,較系統(tǒng)中各子零件臺架測試具有如下優(yōu)點：1） 再現(xiàn)系統(tǒng)中各子零件的三維空間位置；2）采用與實車一致的管路（走向、長短）、螺母、卡箍、擰緊力矩等，能全面再現(xiàn)道路試驗中儲油罐、油管、方向機、油泵等聯(lián)接處滲油現(xiàn)象；3）能精確再現(xiàn)轉(zhuǎn)向橫拉桿兩端側(cè)向和垂向載荷譜，準確考核系統(tǒng)可

7、靠性；4）借助環(huán)境箱，可客觀準確評價系統(tǒng)溫升特性，如高溫環(huán)境下（35）系統(tǒng)溫升特性和低溫環(huán)境下（-40）系統(tǒng)啟動性能-油泵低溫啟動特性和儲油罐低溫漩渦、冒泡特性；5）借助半消聲室能客觀評價系統(tǒng)NVH性能，如Shudder、Rattle、Moan、Buzz、Hiss和Grunt聲等；較整車道路試驗，具有如下優(yōu)點：1）試驗時間短，費用低，而且可模擬整車極具危險和難度的極限工況；2）能在設計凍結(jié)前對整個系統(tǒng)性能匹配和系統(tǒng)可靠性進行客觀評估；優(yōu)化二次開發(fā)，縮短開發(fā)周期；因系統(tǒng)性能測試較復雜繁瑣和系統(tǒng)可靠性重要性，本文結(jié)合多年工作經(jīng)驗，深入分析提出了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）可靠性臺架試驗方法。2.1系統(tǒng)試驗臺

8、架液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測試臺架為5通道獨立伺服控制液壓操縱系統(tǒng)，如圖所示；圖15系統(tǒng)臺架圖 中汽院5通道伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)臺架輸入做動器（模擬方向動作）：為液壓伺服旋轉(zhuǎn)做動器，360°動壓平衡，無摩擦，排量82cm3/rev，速度0-1500rpm/min，轉(zhuǎn)角0-1080°，結(jié)構(gòu)如圖16所示； 圖16輸入做動器結(jié)構(gòu)水平（垂直）做動器：采用帶靜壓軸承，行程終點液壓緩沖限位裝置、三向力位移傳感器，閉環(huán)控制的液壓伺服直行缸，其功能數(shù)據(jù)表如圖17所示。圖17水平做動器加速度-頻率-位移圖油源溫度系統(tǒng)：變流量液壓泵站，提供變壓力和溫度液壓油；適配器：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各子零件空間安裝位置，保證實車安裝

9、；環(huán)境倉：對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各子零件進行環(huán)境溫度模擬，如冷啟動試驗；測量控制系統(tǒng)：實時采集各傳感器數(shù)據(jù)，對輸入做動器進行任意波形控制，對輸出（垂直）做動器進行路譜加載，對轉(zhuǎn)向油泵速度進行波形調(diào)節(jié)；2.2系統(tǒng)試驗項目轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測試臺不僅能客觀評估轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中各子零件的性能和可靠性，更能全面而準確評估系統(tǒng)中各零件集成為有機整體后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，而且更能苛刻評價轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性（疲勞和耐久），如表所示：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗項目試驗項目評價目的系統(tǒng)效率試驗測量系統(tǒng)正逆效率系統(tǒng)剛度試驗測量從方向盤到橫拉桿的角度與扭矩關(guān)系系統(tǒng)摩擦試驗測量從方向盤到橫拉桿的摩擦力系統(tǒng)間隙試驗測量從方向盤到橫拉桿的角度空行程系統(tǒng)回正試驗評價系統(tǒng)

10、回正能力系統(tǒng)助力試驗不同流量溫度下系統(tǒng)助力特性系統(tǒng)壓降試驗方向機進出口油壓降MAP曲線系統(tǒng)背壓試驗儲油罐回油壓差正向掃頻試驗正向頻率響應特性，變頻率和幅值正弦波形輸入逆向掃頻試驗逆向頻率響應特性，變頻率和幅值正弦波形輸入駐車試驗怠速下系統(tǒng)壓力曲線振顫試驗直行時路面不平度激勵對方向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩響應，是否打手；突然轉(zhuǎn)向試驗反向打方向時系統(tǒng)壓力和方向盤手力變化俘獲試驗系統(tǒng)“斷流”的截止頻率噪聲試驗Shudder、Rattle、Moan、Buzz、Hiss和Grunt聲模擬轉(zhuǎn)彎試驗儲油罐油液評價模擬坡道試驗儲油罐油液評價低溫啟動試驗儲油罐油液“冒泡”“氣旋”評價系統(tǒng)駐車耐久試驗評價轉(zhuǎn)向系統(tǒng)駐車可靠性系

11、統(tǒng)磨損試驗評價系統(tǒng)從方向盤到橫拉桿各子零件可靠性系統(tǒng)疲勞試驗評價系統(tǒng)從橫拉桿到方向盤各子零件疲勞損傷特性系統(tǒng)壓力脈動試驗評價方向盤在極限位置來回變化時，方向盤到橫拉桿各子零件的疲勞損傷，特別是系統(tǒng)中各聯(lián)接處密封性能，是否漏油或“爆管”系統(tǒng)高負荷耐久試驗評價系統(tǒng)沖擊路沿可靠性系統(tǒng)低溫啟動耐久試驗評價系統(tǒng)在低溫條件下啟動可靠性2.3系統(tǒng)可靠性試驗設計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性試驗其優(yōu)先級高于（重于）系統(tǒng)的性能試驗，其系統(tǒng)性能試驗結(jié)果的好壞關(guān)系到駕駛員的駕駛舒適性和樂趣，而轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性試驗結(jié)果好壞卻嚴重關(guān)系到駕駛員的生命安全，是需要優(yōu)先考慮。其系統(tǒng)臺架可靠性試驗主要包括：系統(tǒng)駐車耐久試驗、系統(tǒng)磨損試驗、系

12、統(tǒng)疲勞試驗、系統(tǒng)壓力脈動試驗、系統(tǒng)高負荷耐久試驗和系統(tǒng)低溫啟動耐久試驗； 系統(tǒng)臺架可靠性試驗設計主要由試驗負載載荷、試驗次數(shù)、轉(zhuǎn)向操縱工況（方向盤轉(zhuǎn)角、泵轉(zhuǎn)速）、環(huán)境溫度、油溫等決定；當這些參數(shù)確定時，等價評估整車路試中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可靠性的系統(tǒng)臺架可靠性試驗方法即可決定，可有臺架試驗代替整車試驗進行等價考核或者過考核；試驗載荷：選取方法有時域路譜、頻率功率譜、穿級計數(shù)和block計數(shù)四種方法；試驗次數(shù)：取決于1）整車設計里程；2）定義轉(zhuǎn)向工況范圍內(nèi)相同轉(zhuǎn)向工況出現(xiàn)頻次，如方向盤轉(zhuǎn)角在-45°45°的次數(shù)；轉(zhuǎn)向操縱工況：取決于整車試驗規(guī)范和路面，如坑洼路、石塊路、鵝卵石路面等；例如考核轉(zhuǎn)向系統(tǒng)駐車強度耐久性能的系統(tǒng)臺架可靠性試驗-系統(tǒng)駐車耐久，其試驗方法可定義如下表：系統(tǒng)駐車耐久試驗布置三維實車空間坐標布置，油管走向與實車一致附件配置螺母、卡箍、擰緊力矩按照設計圖紙試驗負載最大前軸等效阻力矩在橫拉桿兩端分量，按照1:1分配或1:2分配，橫載或半正弦a（a：等效考核或者過考核）；被動加載油泵轉(zhuǎn)速發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速乘以傳動比環(huán)境溫度35b（b：按照統(tǒng)計最