苏志亮
北京汽车集团越野车有限公司，北京，101300
Improvement of oil temperature and experimental verification in steering system of one off-road vehicle
Su Zhiliang
摘要：某越野车型在开发阶段试验验证过程中，进行山路越野爬坡试验工况时，出现转向油液温度过高现象，超过其许用温度，存在安全隐患。经原因分析、方案优化、试验验证， 采用增加翘片管提高冷却管路的散热能力，有效地改善了系统液压油温，降低了近 30℃， 低于其许用温度，满足了设计及使用要求，为后续车型开发提供技术支持及数据储备。
关键词：转向、油温、试验一、 概述
转向系统作为车辆重要的一部分，对行驶安全至关重要，直接影响到车辆驾驶的安全性和舒适性，其零件都称为保安件。因此在整个设计及验证过程中，其各个性能指标必须达到设计及使用要求。
目前大多数车辆的助力转向装置均采用液压作为动力，主要由转向油罐、转向液压泵和转向控制阀等组成。利用液压泵加压油液，再经过控制阀来调节液压油的流量，根据车辆行驶状态，控制转向系统。机械部件连接，操控精准，路感直接，信息反馈丰富。液压泵由发动机驱动，转向动力充沛，大小车辆都适用，技术成熟，可靠性高，制造成本低。
动力转向可以减少作用在转向盘上的力，提高转向操作轻便性。可以自由根据操纵稳定性要求选择转向器传动比，不会受到转向力的制约，衰减道路冲击，提高行驶安全性，液压油液温度的高低关系到系统的安全可靠性。
二、 油温过高的影响
某款越野车型采用的是结构相对简单的齿轮齿条式转向系统，在进行山路越野爬坡试验工况时，出现转向油液温度过高现象，超过其许用温度 135℃，存在安全隐患。
转向油液温度过高，对整个转向系统零部件及性能均会产生较多的不利影响：
1)转向系统的油温过高会加速油液的氧化和老化，增加对泵阀和管路的腐蚀性，影响动力转向油液的使用寿命；
2)转向油温过高，油的粘度就会下降，液压降低，转向效率降低；
3)转向油温过高，加速液压缸橡胶密封件的老化，容易导致转向系统漏油；
4)转向油温过高，油液变稀，润滑效果变差，加速机械磨损，使转向助力无效，引起转向泵噪声增大等故障，从而直接影响车辆的使用性能。
因此，对转向油液温度的控制至关重要，确保在各个工作工况下，转向油液的温度都能保证在其许用温度内。
三、 原因分析
此款越野车型为中期改款车型，为了满足系统零部件的通用性和平台化，降低开发成本， 此转向系统为二次开发，大部门零部件为沿用状态。
经过分析，发现转向油液温度过高的问题，原因评估分析如下：
1)工作工况恶劣，负荷较大：该越野车型，使用环境条件较为苛刻，运行工况较为恶劣，尤其在山区公路上爬坡行驶，发动机长时间处于高转速工况状态，且因道路弯道多、弯
急，路面状态较差，转向频次较高，使转向控制阀处于经常工作状态，从而使节流阻力增大， 转向泵输出压力也较高。发动机转速高，转向频次较多，此时液压转向系统的能量损失比直线行驶时要大，系统产生的热量较多，液压缸油液温升也较快。
2)系统冷却能力较差：此车型转向系统油冷却管路正好被车辆防撞梁遮挡，前端迎面冷却风无法有效的对管路进行散热降温，且管路有效散热长度过短，散热效果减弱，不能有效的对管路及油液进行降温，油液温度持续较高。
提高系统的散热能力降低油温，最直接快速的方式就是提高系统的散热冷却能力，采用增加冷却管路-螺旋管式或者回形管增加金属管的有效散热长度，利用迎面冷却风及发动机风扇对管路，转向油壶进行通风散热，或采用翘片管，铝合金管路等措施来提升整个系统的散热能力，达到油液降温的目的。
通过仿真分析，管路下移 28mm 可有效避开前端遮挡，且此处冷却风流速较高，风温较低，能最大限度的对管路进行散热降温。
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4.2试验方案
根据理论分析，从冷却管路的材质、管径及增加散热翘片的角度进行优化，同时验证转向油管三种优化方案在实际山路试验中哪种优化方案效果最佳，及完成山路试验情况下，验证优化方案对于热平衡影响，验证方案如下：
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4.3试验条件
环境条件要求：天气晴朗，气温在 10℃以上，风速小于 5m/s，试验道路车辆较少，且弯急、弯多，车辆平均车速不低于 50km/h，山路爬坡总的行驶里程不小于 20km。
试验路况要求：此次验证试验路段选择如下图 2，山路弯多，弯急，道路较陡，双向单车道，行车较少，总长度约 22km，适合进行此项转向油温优化方案的专项测试验证。
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图 2：试验路线
试验前车辆需经充分预热，确保各部分工作状态良好，转向系统良好，液压油液满足使用要求，无异常。
4.4试验工况
为便于进行方案间的比对，排除相关误差影响因素，特制定如下试验工况实施验证方案：
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注：前后顺序进行两次，排除相关误差因素，对比效果及数据更准确。
4.5试验布点
需采集的主要数据及传感器布置情况详见下图3，布点位置图。
车速、发动机转速、扭矩、1-转向油温（转向油壶）、2-转向油泵温度、3-转向高压管温度、4-冷却进油管温度、5-冷却出油管温度、6-进气格栅、7-机舱温度。
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五、 结论
经过两辆试验样车 3 种不同优化方案同一试验工况下山路转向油温测试试验的对比，3 种方案转向油温均较原状态有所改善，且均低于其最高许用温度，满足了目标要求及使用条件，但方案 3 转向油温降温效果最为明显且好于方案 1 和 2，转向油温最高 117.9℃，低于原状态近 30℃，下降了近 20%，远低于其许用温度的 135℃，考虑最大限度的满足使用要求及使用安全因素，方案 3 为首选最优方案。
本文通过对某车型转向油温过高问题的原因分析，有针对性的进行优化和试验验证，影响转向油温过高的主要因素为发动机转速、转向的频次及转向系统自身的散热能力。选择增强其散热能力增加了散热翘片能有效地解决转向油温过高的风险，提高了该车型转向系统的可靠性及使用安全性。
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