摘 要：隨著我國國民生活水平的提高，越來越多的人會選擇汽車作為交通工具，所以對汽車中的各個系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，是當(dāng)前提高汽車使用性能以及確保人們出行安全的重要措施。由于我國的交通道路較為復(fù)雜，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠在一定程度上影響汽車的安全性能，因此必須對汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。這就需要明確汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在使用過程中可能出現(xiàn)的問題，從而針對這些問題，采取相應(yīng)的解決措施。基于此，本文分析了轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)和方向盤減振的優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：汽車;轉(zhuǎn)向系統(tǒng);結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計

0 引言

在汽車的使用過程中，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)起到了非常重要的作用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅可以根據(jù)駕駛員的意圖，控制汽車的具體行車方向，還決定了車輛底盤的使用性能，所以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性可以在一定程度上影響汽車的穩(wěn)定性和可操作性。如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，不僅會導(dǎo)致司機的指令無法得到及時操作，還會導(dǎo)致安全事故，因此對于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，促進轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性能和安全性能，是現(xiàn)階段汽車生產(chǎn)制造企業(yè)需要關(guān)注的問題。而汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要受到轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)以及方向盤減振設(shè)計的影響，所以針對這兩個結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計，能夠從整體上提高汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實用性能。

1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案

為了使汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)能夠有更加優(yōu)化的設(shè)計，要了解轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)的具體組成及基本功能。當(dāng)前汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向管柱主要有兩個基本的作用，第1個作用是可以將方向盤傳來的轉(zhuǎn)矩進行傳遞，從而確?？梢詼?zhǔn)確的將駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖傳遞給轉(zhuǎn)向機和轉(zhuǎn)向輪，第2個作用是在汽車出現(xiàn)意外事故發(fā)生碰撞的過程中，能夠保護駕駛員的人身安全，從而確保在意外發(fā)生時，降低對駕駛員造成的身體損害。同時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向管柱，還具有承上啟下的功能，它既可以連接方向盤，又可以連接轉(zhuǎn)向器，從而能夠更加準(zhǔn)確及時的將方向盤上接收到的轉(zhuǎn)向任務(wù)傳遞給轉(zhuǎn)向器。而汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向管柱的具體設(shè)計結(jié)構(gòu)主要根據(jù)其裝配的關(guān)系進行相應(yīng)的設(shè)計，從而確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠發(fā)揮基本功能。轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)中主要包含9個元部件，第1個元部件為方向盤骨架，可以接收駕駛員傳遞的轉(zhuǎn)向信息，第2個結(jié)構(gòu)為變截面轉(zhuǎn)向軸，能夠保證將方向盤上的信息通過轉(zhuǎn)向軸向下傳遞，第3個結(jié)構(gòu)為變截面轉(zhuǎn)向外管柱，保護外面轉(zhuǎn)向軸，第4個為轉(zhuǎn)向管柱支架總成，通過支架可以固定轉(zhuǎn)向管柱的位置，從而使駕駛員有更舒適的駕駛位置，第5個結(jié)構(gòu)為變截面轉(zhuǎn)向內(nèi)管柱，然后通過十字萬向節(jié)和尾端萬向節(jié)，將所有的結(jié)構(gòu)緊密的連接在一起，第8個結(jié)構(gòu)為齒輪軸，第9個結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)向器，通過齒輪軸和轉(zhuǎn)向器完成汽車的轉(zhuǎn)動過程。在連接方式上主要是變截面轉(zhuǎn)向軸的一端從外管柱的前端輸出，然后和方向盤連接，另一端則和內(nèi)管柱的一端進行連接。在和外管柱外部進行連接的一端，還放置了轉(zhuǎn)向電機以及電機的控制系統(tǒng)，此部分作為轉(zhuǎn)向管柱的控制部分。由于轉(zhuǎn)向電機和其電機的控制器對于轉(zhuǎn)向管柱的影響相對較小，所以在實際的設(shè)計過程中，可以忽略轉(zhuǎn)向電機及其控制系統(tǒng)的影響因素。在對轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計方案的過程中，需要注意以下幾個問題：首先需要明確轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)中所包含的所有配件，并且選擇符合不同轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)的配件，按照相應(yīng)的參數(shù)和型號進行合理的控制，其次是要確保在安裝的過程中，所有的配件能夠按照事先的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行安裝，防止由于安裝錯誤而影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)的使用，最后是在轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，忽略了電子組件對其抖動性能的影響，只根據(jù)裝配的關(guān)系和機械結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計。

2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤減振的優(yōu)化設(shè)計方案

如果在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中經(jīng)常會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，不僅會影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈敏性，還會影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以對于方向盤的減振設(shè)計也應(yīng)該進行相應(yīng)的優(yōu)化，現(xiàn)階段方向盤在進行抖動的過程中主要分為橫向抖動和垂向抖動，要想避免方向盤的抖動影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用性能，必須要通過優(yōu)化方向盤的橫向振動模態(tài)和垂向振動模態(tài)，并且合理的控制其振動的頻率，在本次優(yōu)化設(shè)計方案中主要使用了帶有動力吸振塊的轉(zhuǎn)向盤骨架，這種骨架可以在一定程度上降低橫向的震動和垂向的振動，從而使汽車在正常行駛的狀態(tài)下，進行轉(zhuǎn)動過程中可以減少方向盤的震動幅度。在方向盤減振優(yōu)化設(shè)計方案中，首先要明確所根據(jù)的制動理論，現(xiàn)階段常用的制動理論為具有有限個自由度的線彈性系統(tǒng)，根據(jù)這個系統(tǒng)，結(jié)合達朗貝爾原理，可以推出相應(yīng)的動力平衡方程，然后對平衡方程中的相關(guān)因素和參數(shù)進行合理的控制，即可得出在方向盤減振系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案中，所需要的已安裝減振塊的振動頻率和未安裝減振塊的振動頻率之間的差值，從而能夠有效的對比減振塊所起到的吸振作用。方向盤減振結(jié)構(gòu)主要包含方向盤骨架，組合開關(guān)方向盤的外蒙皮以及安全氣囊等，其中方向盤的骨架使用了鎂鋁合金的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)向盤的三個副班上的不同位置放置了三個吸振塊，其中一個吸振塊吸收垂直方向的振動頻率，另兩個吸震塊則吸收橫向的振動頻率。通過三個吸震塊組合的方式，可以吸收不同方向的頻率。然后使用螺母將轉(zhuǎn)向盤的骨架和外蒙皮進行裝配，最終可以實現(xiàn)方向盤的減振效果。

3 結(jié)束語

綜上所述，如果在制動的過程中汽車發(fā)生了震動現(xiàn)象，可能會導(dǎo)致汽車的安全性能受到影響，所以對轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)和方向盤的減振結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，可以有效的降低汽車發(fā)生的抖動問題，從而保證汽車的底盤結(jié)構(gòu)能夠有更加穩(wěn)定的使用性能，促進汽車的舒適性和安全性。

參考文獻：

[1]李雪鳳.容錯型汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計及試驗臺研究與開發(fā)[D].安徽工程大學(xué)，2019.

[2]李益.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D].北京林業(yè)大學(xué)，2019.

[3]王偉軍.汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可變助力特性的設(shè)計[J].時代農(nóng)機，2018，45（10）：240.

[4]曹杰，王保華，陳小兵.汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計研究綜述[J].汽車實用技術(shù)，2018（07）：60-62+66.

作者簡介：王麗君（1991-），女，河北邯鄲人，本科，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工程師，從事汽車設(shè)計行業(yè)，主要負責(zé)底盤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面的工作及研究。