汽车转向管柱设计概述

贾昱等

摘 要：转向系统是汽车底盘的重要系统之一，其中转向管柱是转向系统的重要部件，使驾驶员作用在转向盘上的力矩通过管柱、转向机、转向横拉杆等部件转化为车轮的运动，实现车辆转向的目的。目前转向管柱的主要形式有液压助力、电动助力。文章主要介绍转向系统中的转向管柱开发策略，根据不同车型特点，提出在开发过程中应注意的事项。

关键词：转向系统；转向管柱；液压助力；电动助力

前言

转向管柱是车辆转向系统中的重要部件。它的主要作用是通过驾驶员作用在方向盘上的扭矩，使方向盘的转动通过转向管柱及转向机、横拉杆、万向节等部件转化为车轮转动，实现车辆转向。随着安全性的要求逐步提升，转向管柱还要承担二次碰撞中溃缩和能量吸收作用，以保护乘员的安全。文章主要介绍转向系统中的转向管柱开发策略，提出了转向管柱特点及应注意的事项。

1 转向管柱开发的方向

现代转向管柱集功能与节能环保为一体。随着技术的不断发展，电动助力转向EPS日趋成熟，分为转向管柱式电动助力、齿轮轴式电动助力及齿条轴式电动助力。其中带有助力电机的转向管柱式电动转向模式己经被逐步应用，该种方式是将助力电机安装在转向管柱上，电机的助力和驾驶员操纵力矩通过中间轴作用在转向机小齿上。其最大优点是电机、ECU、减速机构等都安装在驾驶舱内，部件的工作环境较好。但由于所有助力都将通过转向管柱传递到转向小齿轮和齿条上，转向管柱自身的受力较大，导致其助力的大小受到限制。

2 转向管柱的功能特征

在确定开发方向采用机械式转向管柱后，需要确定管柱需实现的功能。逆向设计不但可以减短开发周期，而且可以借鉴一些成熟的经验。所以根据车型转向管柱布置硬点，通过借鉴市场上己有的成熟的结构进行开发。在管柱开发中，针对多款竞争车型的产品进行样件分析，给出了分析报告，以全面了解转向管柱所应具有的功能（如表1所示）。

对标杆车型管柱对比分析，调节方式有手动调节和电动调节。电动调节开发周期长，费用高。轴向调节范围多在±25mm范围，角度调节在±30mm范围。中间轴多采用可滑动式，部分中间轴增加缓冲联轴节等阻尼元件以提升NVH性能。通过分析结果，整车布置要求以及整车竞争策略，制定出转向管柱产品的结构特征表（如表2所示）。

另外，针对SUV车型，由于其车身结构分承载式和非承载式两种，对转向管柱结构要求来说也有差异。图1为某非承载式SUV在满载情况下在各种路况车身车架之间运动数据。

3 转向管柱性能要求

转向管柱结构及特征定义完成后，随后对管柱的具体性能进行确定。性能确定是保证产品在整车操稳性、耐久性、NVH以及整车碰撞等试验中满足要求的重要保证。我国现行标准QC/T 649-2000以及QC/T 647-2000对转向传动轴和万向节的性能要求进行了定义。但随着技术的发展，各生产企业及整车厂几乎都制定了自己的标准，对管柱的性能方面要求如表3所示。

4 转向管柱的溃缩性能

随着车辆技术进步和高速公路的发展，对车辆安全及舒适性的要求也越来越高。根据GB 11557-2011中4.1及4.2要求执行。几种常见的管柱的溃缩吸能结构样式如图2。根据GB 11557-2011 《防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定》分析，管柱对乘员保护可分为溃缩和吸能两部分。在发生正面碰撞时，为减小管柱向后向上移动，管柱必须有良好的溃缩功能。

5 结束语

文章通过对转向管柱开发过程进行讨论，指出了管柱开发的方向、功能特征、性能要求以及溃缩吸能要求，希望文章能对其它车辆转向管柱的开发提供一些借鉴。当然对于开发工作，这些只是开始，对于整个转向系统乃至与整车的协调性，后期还要进行详细的评审及各种台架试验及整车试验验证，并最终确定结构状态。

参考文献

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[2]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.7.

[3]邓飞.汽车转向管柱总成标准的分析研究[J].汽车与船舶，2008（4）.

[4]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2007.1.

作者简介：贾昱，工作于长城汽车股份有限公司技术中心，本科学历，中级工程师，从事项目管理及底盘系统设计开发研究。