陳小燕 武偉 董國紅 高艷超 黃元毅

摘 要：本文是在某車型轉向系的設計過程中，基于轉向輕便性，對轉向系布置進行不斷的優(yōu)化。文章在確定轉向系結構的基礎上，對轉向系硬點進行初步布置，并參考同平臺車型轉向系進行優(yōu)化，減小轉向軸之間的夾角，進一步優(yōu)化相位角，使轉向波動率降低。經(jīng)過實車測量對比，優(yōu)化硬點和相位角前后空載靜態(tài)轉向力和轉向力矩降低約35%。

關鍵詞：轉向系 布置 優(yōu)化 轉向輕便性

1 引言

隨著各種交通工具的不斷發(fā)展和道路條件的改善，用戶對汽車的操縱性能也提出了更高的要求。轉向操縱與駕駛員的主觀感受緊密結合，在很大程度上影響到整車性能和產(chǎn)品在用戶心中的形象。如何布置汽車的轉向系，使其有合適的轉向力，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車生產(chǎn)廠家和科研機構的重要研究課題。一般希望方向盤能操縱輕便，在高速時仍能保持穩(wěn)定，且具有良好的轉向感覺。本文結合本企業(yè)某車型轉向系的布置設計，分析轉向系統(tǒng)布置對轉向輕便性的影響因素。

2 轉向系的結構、功能

轉向系由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三大部分組成。轉向操縱機構主要由轉向盤、轉向軸及轉向管柱等組成;轉向器是轉向系中的減速傳動裝置，其功用是將駕駛員加在方向盤上的力矩放大，并減低轉速，傳給轉向傳動機構。常見的轉向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式，本車型采用齒輪齒條式;轉向傳動機構主要包括轉向搖臂、轉向直拉桿、轉向節(jié)臂和轉向梯形[1]。轉向傳動機構的組成和布置，因轉向器位置和轉向輪懸架類型不同而異[2]。本車型轉向系結構如圖1所示。

轉向系的功能大體可分為兩部分。其一是駕駛者通過轉向盤控制前輪繞主銷的轉角來操縱汽車運動的方向。轉向系的第二個功能是憑借轉向盤（反作用）力，將整車及輪胎的運動、受力狀況反饋給駕駛者，即駕駛者感受到的路感。轉向盤力是駕駛者輸入轉向盤用以操縱汽車的力，轉向盤反作用力是轉向盤輸送給人手的力，即路感[3]。汽車轉向系應具有良好的轉向盤力特性。

3 轉向系的布置

根據(jù)本車型轉向系的結構，其轉向系的布置包括以下硬點，如圖2所示。

初始方案在下文中簡稱為方案一，其轉向系硬點坐標如表1。

4 轉向系的優(yōu)化及試驗驗證

4.1 轉向系硬點優(yōu)化

4.1.1 轉向系硬點優(yōu)化方案

參考本企業(yè)同一平臺某車型的轉向系對本車型轉向系硬點進行優(yōu)化，硬點優(yōu)化后的方案在下文中簡稱為方案二，轉向系硬點優(yōu)化前后如圖3，轉向系硬點優(yōu)化前后的參數(shù)如表2。方案二轉向輸入軸、中間軸、輸出軸之間的夾角變小。

4.1.2 轉向系硬點優(yōu)化實車試驗驗證

對方案一和方案二的轉向系進行實車試驗驗證，測量方案一和方案二的空載靜態(tài)轉向力，分別測量三次，取平均值，如表3、表4，靜態(tài)轉向力矩如圖4、圖5所示。方案二的轉向力、轉向力矩減小約25%。

4.2 轉向系相位角優(yōu)化

4.2.1 理論分析

方案二相位角149.2°，對方案二進一步優(yōu)化相位角，在下文中簡稱為方案三，方案三相位角120.7°。理論分析轉向波動率結果如圖6、圖7。轉向波動率約下降15%。

4.2.2 轉向系相位角優(yōu)化實車試驗驗證

按方案三的相位角改制轉向傳動軸零件，進行實車試驗驗證，測量方案三的空載靜態(tài)轉向力，分別測量三次，取平均值，數(shù)據(jù)如表5。靜態(tài)轉向力矩如圖8、圖9所示。方案三的轉向力、轉向力矩減小約13%-15%。

4.3 小結

對比方案一和方案三，方案三的硬點、相位角均優(yōu)化，其轉向力降低約35%。如表6所示。

5 結論

在汽車曲線運動中，影響轉向輕便性的因素有很多，可以從多個方面對轉向機構進行優(yōu)化，以降低轉向操縱力。本文主要是在轉向系布置過程中，對硬點和相位角進行優(yōu)化?？紤]同一平臺車型零件借用，減小轉向軸之間的夾角，對布置硬點進行了優(yōu)化，并在此基礎上進一步優(yōu)化轉向相位角，降低轉向波動率。經(jīng)過實車測量，轉向力和轉向力矩降低約35%，取得良好的效果。此外，還可以進一步在實車調試過程中，對動態(tài)轉向力進行評價，從設計、制造及用戶的使用等方面分別分析影響轉向輕便性的因素，避免轉向沉重故障的發(fā)生。

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參考文獻：

[1]屠衛(wèi)星.汽車底盤構造與維修[M].人民交通出版社.2001：150.

[2]陳家瑞.汽車構造第三版[M].機械工業(yè)出版社.2009：257.

[3]余志生.汽車理論第五版[M].機械工業(yè)出版社.2009：177.