汽车液压动力转向器台架试验方法研究_秦全权
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Key words：Hydraulic power steering gear,Bench test,Standard
1 前言
随着我国汽车工业的快速发展， 对液压动力转 向器的各项性能要求逐年提高， 研究符合汽车实际 使用工况， 且能准确真实地测试该总成各项技术指 标的台架试验方法是当务之急。我国曾在 2000 年对 QC/T 529―2000 《汽车动力转向器总成台架试验方 法》进行修订，近 10 年来，由于齿轮齿条液压动力转 向器新技术和试验方法的引进， 为修订适合我国国 情的总成台架试验方法创造了条件。目前，该修订工
则曲线对称性 Ke 为：
— 41 —
·试验·测试·
n
2ΣLi
Ke =
i=1 n
（1）
Σ（ai+bi）
i=1
3.4 特性曲线限定框图
由设计要求确定转向力试验的特性曲线限定框
图，如图 4 所示。若特性曲线在曲线限定框图的阴影
范围内，则特性曲线就满足设计要求。
其转动惯量相当于转向盘的转动惯量， 在有动力条 件下进行试验；在齿条输出端施加交变载荷，按表 1 的试验条件依次进行试验， 试验后检查样品是否损 坏。
主题词：液压动力转向器 台架试验 标准 中图分类号：U463.43 文献标识码：A 文章编号：1000－3703（2009）07－0040－04
Study on Bench Test Method of Automotive Hydraulic Power Steering Gear
Qin Quanquan,Liu Jingyang Hao Jinliang （FAW Haima Automobile Co.,Ltd）
2009年 第 7 期
O
M′
图 2 转向力特性曲线
3.3 曲线对称性的计算
曲线对称性是评价转向力特性曲线的重要指
标，主要反映总成的加工与装配质量，本文采用的曲
线对称性计算方法可较全面地评价曲线整个过程，
计算方法如下。
将转向力特性曲线沿纵坐标分为 n 等分， 如图
3 所示。 每一等分的油压增量为 0.1 MPa，并按左右
作已经完成征求意见、 会审及上报等项， 本文针对 标准修订过程中增加的齿轮齿条动力转向器 （以下 简称转向器）提出了修订意见。
2 空载转动力矩试验
2.1 试验目的 该项试验的目的是考查转向器的制造质量和装
配质量，因为若零件加工粗糙、装配不良，导致空载 转动力矩试验结果超出技术要求的指标， 则总成在
的传动效率进行的试验分析，可得出以下结论： a. 驱动轴的传动效率随万向节夹角的增大而
ocity Universal Joints.SAE 930906. 4 Chul H L,Andreas A P. Experimental Investiga tion of Tripod
Constant Velocity（CV）Joint Friction. SAE 2006-01-0582. （责任编辑 文 楫）
将总成安装在试验台上， 将其输出端刚性固定 在直线行驶位置，输入端以 0.5 r/min 的速度分别向 左、右转动，当油压达到总成最高工作压力时停止试 验。 根据试验结果绘制输入轴转向力矩 M′与工作压 力 P 之间的关系曲线，如图 3 所示；分别测出控制 阀在最高工作压力下的左、右转向力矩。
2min M 1max M M
齿条推力 — —
0～0.5 Fz — —
注 ：Pz为 转 向 器 最 高 工 作 压 力 。
— 42 —
汽车技术
·试验·测试· 输入弹性载荷、 输入弹性载荷形成的反弹压力、
现有标准中只完成了无动力下的转动力矩试 验， 而修订后的标准增加了有动力条件下的转动力 矩试验， 在有动力条件下进行转动力矩试验更接近 实际工况。 修订后的标准参照国外相关标准对空载 转动力矩增加相应的指标， 同时对输入端转速加以 规定，并提出了转动力矩 M 与转角 θ 之间关系曲线 为标准的技术要求。
有试验标准（单一载荷）更接近实际使用工况，这种
O
θ
试验方法避免了产品功能过剩或不足， 试验设备也
图 4 特性曲线限定框图
比较容易实现。
如果产品批量生产后满足使用要求， 也可通过 试验数据的积累，由经验确定特性曲线限定框图。
5 正转耐久性试验
以上 2 项试验属于性能试验， 它不但能反映产 5.1 试验目的
Mc2
2max M
图 1 转动力矩与转角关系曲线
图 1 中，Mc1、Mc2 分别为左转向和右转向的转动 力矩均值；M1max、M2max 分别为左转向和右转向的转动 力矩最大值， 取其中较大值作为极大值 Mmax；M1min、 M2min 分别为左转向和右转向的转动力矩最小值 ，取 其 中 较 小 值 作 为 极 小 值 Mmin；Mc2、M2max、M2min 为 绝 对 值。 2.3 空载转动力矩性能要求
QHMAC 103.132—212—2005 《齿轮齿条式转 向器》 中规定空载转动力矩均值为 1.18±0.20 N·m； 极值变动量＜0.294 N·m。 针对该项目的技术要求，对 5 个齿轮齿条式转向器生产厂家 15 个样品 进 行 了 验证试验，只有 1 个样品极值变动量（0.323 N·m）超 出上述要求,其它样品均能满足要求。 通过验证试验 可知, 空载转动力矩的技术要求完全满足汽车齿轮 齿条转向器的质量要求， 同时亦适应制造厂家的生 产能力， 又由于对空载转动力矩性能要求进行了量 的控制，因而可保证转向器出厂质量。 2.4 与现有转向器标准的差别
品的使用性能， 同时也反映了产品的加工质量Байду номын сангаас装
通过变载荷的试验方法， 采用接近路况的实际
配质量。
情况等效加载，可准确地考查转向器的寿命，同时考
3.5 与现有转向器标准的差别
核在总成液压系统失效的情况下是否能完成转向的
现有转向器标准中规定每台转向器出厂前必须 能力。
完成转向力特性试验， 而标准修订采用转向力特性 5.2 试验方法
·试验·测试·
汽车液压动力转向器台架试验方法研究
秦全权 刘旌扬 郝金良
（一汽海马汽车有限公司）
【摘要】以 汽 车 齿 轮 齿 条 液 压 动 力 转 向 器 为 例 ，针 对 该 总 成 空 载 转 动 力 矩 试 验 、转 向 力 特 性 试 验 、逆 向 疲 劳 试 验、正转耐久试验、温度交变密封试验和噪声试验等 6 个项目的台架试验方法进行了研究，阐述了各项目的试验目 的、试验方法和结果、试验设备的配置及与现有试验标准的差别等，为修订汽车动力转向器行业标准提供了参考和 依据。
修改稿收到日期为 2009 年 2 月 21 日。 汽车技术
·试验·测试· 空载情况下运动阻力大，试验曲线波动较大，增加转 向系统无功损耗， 因此通过对该项检测达到控制质 量的目的。 2.2 试验方法
将总成安装在试验台上，其输出端空载,输入端 以 5～15 r/min 的转速匀速转动, 从左极限位置开始 转到右极限位置，再转回到左极限位置。分别在有动 力（供油系统为额定流量）和无动力（供油系统不供 油、总成进油口和出油口通大气、油腔油排尽）条件 下进行试验。
曲线限定框图来指导转向器生产， 实际上是公差带
将总成安装在试验台上，按表 2 的试验条件依次
质量控制，即在出厂试验时，只要转向力特性曲线在 进行试验。
限定框图内即可判定产品达到质量要求，可简单、快
对于试验步骤 1、2、4、5，总成在中间位置时，输入
捷、准确地保障产品出厂质量，提高劳动生产效率， 弹性载荷为零，驱动输入端，输出端到行程的一端，输
力，相当于路面反冲时对转向器的冲击力，起到接近 置，输入弹性载荷恢复为零，以上过程为 1 个循环。
实际工况的目的。
试验步骤 3，油泵不工作且总成在中间位置时，推
4.2 试验方法
动齿条，使齿条推力增加到表 2 的规定值，其它步骤
将总成安装在试验台上，在输入端安装惯性盘， 与上述试验方法相同。 表 2 正转耐久性试验加载条件
转 时 对 应 排 列 ：右 转 时 为 a1、a2……an；左 转 时 为 b1、 b2……bn。
bn
an
bn-1
an-1
P P0
Pmax
b4
a4
b3
a3
b2 a2
b1
a1
θ
图 3 曲线对称性
按对应排列进行比较， 即 a1 与 b1 比较，a2 与 b2 比较；……an 与 bn 比较，比较后取其中较小值，得到 L1、L2……Ln。
对转向器批量生产具有指导意义。
入弹性载荷增加到表 2 的规定值； 停止驱动输入端，
4 逆向疲劳试验
在弹性载荷的作用下，输入端回到中间位置，输入弹 性载荷恢复为零；输入端继续转动，输出端到行程的
4.1 试验目的
另一端，输入弹性载荷增加到表 2 的规定值；停止驱
该项试验主要考查转向器承受逆向载荷的能 动输入端，在弹性载荷的作用下，输入端回到中间位
试验步骤 输入压力
1
0～Pz
2 0～50 %Pz
3
0
4
0～Pz
5
0～Pz
左 、右 极 限 位 置 时 的 输 入 轴 扭 矩 /N·m — — — 37 56
行程 全行程的 90 % 全行程的 90 % 全行程的 90 %
全行程 全行程
循环次数 105
4×105 103
1.5×104 15
方向 左、右 左、右 左、右 左、右 左、右
表 1 疲劳试验加载条件
试验步骤 1 2
交变载荷 ±0.05Fz
±Fz
加 振 频 率 /Hz 15～20
0.833～1.17
加振次数 3×106 3×104
P
注 ：Fz为 转 向 器 最 大 输 出 力 。
4.3 与现有转向器标准的差别
表 1 为国外先进参考标准， 它是典型路面采集
整理出的疲劳试验加载条件，分 2 个阶梯载荷，比现
减小， 而且两侧万向节夹角相等时驱动轴整体的传 动效率会有所改善；
b. 挡位（转速和转矩）对驱动轴传动效率的影 响 不 明 显 ，但 是 在 万 向 节 夹 角 较 大 （25° 左 右 ） 的 状 态 下，传动效率呈现随挡位升高而增大的趋势；
c. 在外侧 万 向 节 夹 角 较 大 的 条 件 下 ，如 果 转 矩不变而转速降低，则传动效率明显减小。 — 40 —
【Abstract】The article takes the rack and pinion hydraulic power steering gear as example and studies the bench test method of six items including empty loaded driving moment test,steering force characteristics test,reverse fatigue test, positive rotation durability test,temperature alternation seal test and noise test,etc.Test objectives,test method and results, test equipment configuration as well as difference with the existing test standard are discussed,which provide reference and foundation for revising the standard of automotive power steering gear industry.
参考文献 1 陈家瑞．汽车构造．北京：机械工业出版社（第 2 版）．2005. 2 Rory Johnson.High Speed Fixed Constant Velocity Joint for Au-
tomotive Driveshaft Applications. SAE 980834. 3 Yamamoto T,Matsuda T,Okano N.Efficiency of Constant Vel-
输入端的转动力矩 M 与转角 θ 之间的关系曲 线如图 1 所示。
Mc1
1min M
0
θ
P
3 转向力特性试验
3.1 试验目的 该项试验的目的是考查转向器转向控制阀和活
塞的装配调整质量。 因为若装配调整不良将导致转 向器油路系统紊乱，无法达到转向要求，且试验结果 会导致在整车上出现转向沉重、发卡等问题，因此通 过该项检测达到控制总成质量的目的。 3.2 试验方法
1 前言
随着我国汽车工业的快速发展， 对液压动力转 向器的各项性能要求逐年提高， 研究符合汽车实际 使用工况， 且能准确真实地测试该总成各项技术指 标的台架试验方法是当务之急。我国曾在 2000 年对 QC/T 529―2000 《汽车动力转向器总成台架试验方 法》进行修订，近 10 年来，由于齿轮齿条液压动力转 向器新技术和试验方法的引进， 为修订适合我国国 情的总成台架试验方法创造了条件。目前，该修订工
则曲线对称性 Ke 为：
— 41 —
·试验·测试·
n
2ΣLi
Ke =
i=1 n
（1）
Σ（ai+bi）
i=1
3.4 特性曲线限定框图
由设计要求确定转向力试验的特性曲线限定框
图，如图 4 所示。若特性曲线在曲线限定框图的阴影
范围内，则特性曲线就满足设计要求。
其转动惯量相当于转向盘的转动惯量， 在有动力条 件下进行试验；在齿条输出端施加交变载荷，按表 1 的试验条件依次进行试验， 试验后检查样品是否损 坏。
主题词：液压动力转向器 台架试验 标准 中图分类号：U463.43 文献标识码：A 文章编号：1000－3703（2009）07－0040－04
Study on Bench Test Method of Automotive Hydraulic Power Steering Gear
Qin Quanquan,Liu Jingyang Hao Jinliang （FAW Haima Automobile Co.,Ltd）
2009年 第 7 期
O
M′
图 2 转向力特性曲线
3.3 曲线对称性的计算
曲线对称性是评价转向力特性曲线的重要指
标，主要反映总成的加工与装配质量，本文采用的曲
线对称性计算方法可较全面地评价曲线整个过程，
计算方法如下。
将转向力特性曲线沿纵坐标分为 n 等分， 如图
3 所示。 每一等分的油压增量为 0.1 MPa，并按左右
作已经完成征求意见、 会审及上报等项， 本文针对 标准修订过程中增加的齿轮齿条动力转向器 （以下 简称转向器）提出了修订意见。
2 空载转动力矩试验
2.1 试验目的 该项试验的目的是考查转向器的制造质量和装
配质量，因为若零件加工粗糙、装配不良，导致空载 转动力矩试验结果超出技术要求的指标， 则总成在
的传动效率进行的试验分析，可得出以下结论： a. 驱动轴的传动效率随万向节夹角的增大而
ocity Universal Joints.SAE 930906. 4 Chul H L,Andreas A P. Experimental Investiga tion of Tripod
Constant Velocity（CV）Joint Friction. SAE 2006-01-0582. （责任编辑 文 楫）
将总成安装在试验台上， 将其输出端刚性固定 在直线行驶位置，输入端以 0.5 r/min 的速度分别向 左、右转动，当油压达到总成最高工作压力时停止试 验。 根据试验结果绘制输入轴转向力矩 M′与工作压 力 P 之间的关系曲线，如图 3 所示；分别测出控制 阀在最高工作压力下的左、右转向力矩。
2min M 1max M M
齿条推力 — —
0～0.5 Fz — —
注 ：Pz为 转 向 器 最 高 工 作 压 力 。
— 42 —
汽车技术
·试验·测试· 输入弹性载荷、 输入弹性载荷形成的反弹压力、
现有标准中只完成了无动力下的转动力矩试 验， 而修订后的标准增加了有动力条件下的转动力 矩试验， 在有动力条件下进行转动力矩试验更接近 实际工况。 修订后的标准参照国外相关标准对空载 转动力矩增加相应的指标， 同时对输入端转速加以 规定，并提出了转动力矩 M 与转角 θ 之间关系曲线 为标准的技术要求。
有试验标准（单一载荷）更接近实际使用工况，这种
O
θ
试验方法避免了产品功能过剩或不足， 试验设备也
图 4 特性曲线限定框图
比较容易实现。
如果产品批量生产后满足使用要求， 也可通过 试验数据的积累，由经验确定特性曲线限定框图。
5 正转耐久性试验
以上 2 项试验属于性能试验， 它不但能反映产 5.1 试验目的
Mc2
2max M
图 1 转动力矩与转角关系曲线
图 1 中，Mc1、Mc2 分别为左转向和右转向的转动 力矩均值；M1max、M2max 分别为左转向和右转向的转动 力矩最大值， 取其中较大值作为极大值 Mmax；M1min、 M2min 分别为左转向和右转向的转动力矩最小值 ，取 其 中 较 小 值 作 为 极 小 值 Mmin；Mc2、M2max、M2min 为 绝 对 值。 2.3 空载转动力矩性能要求
QHMAC 103.132—212—2005 《齿轮齿条式转 向器》 中规定空载转动力矩均值为 1.18±0.20 N·m； 极值变动量＜0.294 N·m。 针对该项目的技术要求，对 5 个齿轮齿条式转向器生产厂家 15 个样品 进 行 了 验证试验，只有 1 个样品极值变动量（0.323 N·m）超 出上述要求,其它样品均能满足要求。 通过验证试验 可知, 空载转动力矩的技术要求完全满足汽车齿轮 齿条转向器的质量要求， 同时亦适应制造厂家的生 产能力， 又由于对空载转动力矩性能要求进行了量 的控制，因而可保证转向器出厂质量。 2.4 与现有转向器标准的差别
品的使用性能， 同时也反映了产品的加工质量Байду номын сангаас装
通过变载荷的试验方法， 采用接近路况的实际
配质量。
情况等效加载，可准确地考查转向器的寿命，同时考
3.5 与现有转向器标准的差别
核在总成液压系统失效的情况下是否能完成转向的
现有转向器标准中规定每台转向器出厂前必须 能力。
完成转向力特性试验， 而标准修订采用转向力特性 5.2 试验方法
·试验·测试·
汽车液压动力转向器台架试验方法研究
秦全权 刘旌扬 郝金良
（一汽海马汽车有限公司）
【摘要】以 汽 车 齿 轮 齿 条 液 压 动 力 转 向 器 为 例 ，针 对 该 总 成 空 载 转 动 力 矩 试 验 、转 向 力 特 性 试 验 、逆 向 疲 劳 试 验、正转耐久试验、温度交变密封试验和噪声试验等 6 个项目的台架试验方法进行了研究，阐述了各项目的试验目 的、试验方法和结果、试验设备的配置及与现有试验标准的差别等，为修订汽车动力转向器行业标准提供了参考和 依据。
修改稿收到日期为 2009 年 2 月 21 日。 汽车技术
·试验·测试· 空载情况下运动阻力大，试验曲线波动较大，增加转 向系统无功损耗， 因此通过对该项检测达到控制质 量的目的。 2.2 试验方法
将总成安装在试验台上，其输出端空载,输入端 以 5～15 r/min 的转速匀速转动, 从左极限位置开始 转到右极限位置，再转回到左极限位置。分别在有动 力（供油系统为额定流量）和无动力（供油系统不供 油、总成进油口和出油口通大气、油腔油排尽）条件 下进行试验。
曲线限定框图来指导转向器生产， 实际上是公差带
将总成安装在试验台上，按表 2 的试验条件依次
质量控制，即在出厂试验时，只要转向力特性曲线在 进行试验。
限定框图内即可判定产品达到质量要求，可简单、快
对于试验步骤 1、2、4、5，总成在中间位置时，输入
捷、准确地保障产品出厂质量，提高劳动生产效率， 弹性载荷为零，驱动输入端，输出端到行程的一端，输
力，相当于路面反冲时对转向器的冲击力，起到接近 置，输入弹性载荷恢复为零，以上过程为 1 个循环。
实际工况的目的。
试验步骤 3，油泵不工作且总成在中间位置时，推
4.2 试验方法
动齿条，使齿条推力增加到表 2 的规定值，其它步骤
将总成安装在试验台上，在输入端安装惯性盘， 与上述试验方法相同。 表 2 正转耐久性试验加载条件
转 时 对 应 排 列 ：右 转 时 为 a1、a2……an；左 转 时 为 b1、 b2……bn。
bn
an
bn-1
an-1
P P0
Pmax
b4
a4
b3
a3
b2 a2
b1
a1
θ
图 3 曲线对称性
按对应排列进行比较， 即 a1 与 b1 比较，a2 与 b2 比较；……an 与 bn 比较，比较后取其中较小值，得到 L1、L2……Ln。
对转向器批量生产具有指导意义。
入弹性载荷增加到表 2 的规定值； 停止驱动输入端，
4 逆向疲劳试验
在弹性载荷的作用下，输入端回到中间位置，输入弹 性载荷恢复为零；输入端继续转动，输出端到行程的
4.1 试验目的
另一端，输入弹性载荷增加到表 2 的规定值；停止驱
该项试验主要考查转向器承受逆向载荷的能 动输入端，在弹性载荷的作用下，输入端回到中间位
试验步骤 输入压力
1
0～Pz
2 0～50 %Pz
3
0
4
0～Pz
5
0～Pz
左 、右 极 限 位 置 时 的 输 入 轴 扭 矩 /N·m — — — 37 56
行程 全行程的 90 % 全行程的 90 % 全行程的 90 %
全行程 全行程
循环次数 105
4×105 103
1.5×104 15
方向 左、右 左、右 左、右 左、右 左、右
表 1 疲劳试验加载条件
试验步骤 1 2
交变载荷 ±0.05Fz
±Fz
加 振 频 率 /Hz 15～20
0.833～1.17
加振次数 3×106 3×104
P
注 ：Fz为 转 向 器 最 大 输 出 力 。
4.3 与现有转向器标准的差别
表 1 为国外先进参考标准， 它是典型路面采集
整理出的疲劳试验加载条件，分 2 个阶梯载荷，比现
减小， 而且两侧万向节夹角相等时驱动轴整体的传 动效率会有所改善；
b. 挡位（转速和转矩）对驱动轴传动效率的影 响 不 明 显 ，但 是 在 万 向 节 夹 角 较 大 （25° 左 右 ） 的 状 态 下，传动效率呈现随挡位升高而增大的趋势；
c. 在外侧 万 向 节 夹 角 较 大 的 条 件 下 ，如 果 转 矩不变而转速降低，则传动效率明显减小。 — 40 —
【Abstract】The article takes the rack and pinion hydraulic power steering gear as example and studies the bench test method of six items including empty loaded driving moment test,steering force characteristics test,reverse fatigue test, positive rotation durability test,temperature alternation seal test and noise test,etc.Test objectives,test method and results, test equipment configuration as well as difference with the existing test standard are discussed,which provide reference and foundation for revising the standard of automotive power steering gear industry.
参考文献 1 陈家瑞．汽车构造．北京：机械工业出版社（第 2 版）．2005. 2 Rory Johnson.High Speed Fixed Constant Velocity Joint for Au-
tomotive Driveshaft Applications. SAE 980834. 3 Yamamoto T,Matsuda T,Okano N.Efficiency of Constant Vel-
输入端的转动力矩 M 与转角 θ 之间的关系曲 线如图 1 所示。
Mc1
1min M
0
θ
P
3 转向力特性试验
3.1 试验目的 该项试验的目的是考查转向器转向控制阀和活
塞的装配调整质量。 因为若装配调整不良将导致转 向器油路系统紊乱，无法达到转向要求，且试验结果 会导致在整车上出现转向沉重、发卡等问题，因此通 过该项检测达到控制总成质量的目的。 3.2 试验方法