汽车转向系统的结构优化设计

摘 要：随着我国国民生活水平的提高，越来越多的人会选择汽车作为交通工具，所以对汽车中的各个系统进行结构的优化设计，是当前提高汽车使用性能以及确保人们出行安全的重要措施。由于我国的交通道路较为复杂，汽车的转向系统能够在一定程度上影響汽车的安全性能，因此必须对汽车的转向系统进行结构的优化设计。这就需要明确汽车转向系统在使用过程中可能出现的问题，从而针对这些问题，采取相应的解决措施。基于此，本文分析了转向管柱结构和方向盘减振的优化设计。

关键词：汽车;转向系统;结构;优化设计

0 引言

在汽车的使用过程中，汽车转向系统起到了非常重要的作用，转向系统不仅可以根据驾驶员的意图，控制汽车的具体行车方向，还决定了车辆底盘的使用性能，所以转向系统的特性可以在一定程度上影响汽车的稳定性和可操作性。如果转向系统出现了问题，不仅会导致司机的指令无法得到及时操作，还会导致安全事故，因此对于汽车转向系统进行结构的优化设计，促进转向系统具有良好的稳定性能和安全性能，是现阶段汽车生产制造企业需要关注的问题。而汽车转向系统主要受到转向管柱结构以及方向盘减振设计的影响，所以针对这两个结构进行合理的设计，能够从整体上提高汽车转向系统的实用性能。

1 汽车转向系统中转向管柱结构的优化设计方案

为了使汽车转向系统转向管柱结构能够有更加优化的设计，要了解转向管柱结构的具体组成及基本功能。当前汽车转向系统的转向管柱主要有两个基本的作用，第1个作用是可以将方向盘传来的转矩进行传递，从而确保可以准确的将驾驶员的转向意图传递给转向机和转向轮，第2个作用是在汽车出现意外事故发生碰撞的过程中，能够保护驾驶员的人身安全，从而确保在意外发生时，降低对驾驶员造成的身体损害。同时转向系统的转向管柱，还具有承上启下的功能，它既可以连接方向盘，又可以连接转向器，从而能够更加准确及时的将方向盘上接收到的转向任务传递给转向器。而汽车转向系统转向管柱的具体设计结构主要根据其装配的关系进行相应的设计，从而确保转向系统能够发挥基本功能。转向管柱的结构中主要包含9个元部件，第1个元部件为方向盘骨架，可以接收驾驶员传递的转向信息，第2个结构为变截面转向轴，能够保证将方向盘上的信息通过转向轴向下传递，第3个结构为变截面转向外管柱，保护外面转向轴，第4个为转向管柱支架总成，通过支架可以固定转向管柱的位置，从而使驾驶员有更舒适的驾驶位置，第5个结构为变截面转向内管柱，然后通过十字万向节和尾端万向节，将所有的结构紧密的连接在一起，第8个结构为齿轮轴，第9个结构为转向器，通过齿轮轴和转向器完成汽车的转动过程。在连接方式上主要是变截面转向轴的一端从外管柱的前端输出，然后和方向盘连接，另一端则和内管柱的一端进行连接。在和外管柱外部进行连接的一端，还放置了转向电机以及电机的控制系统，此部分作为转向管柱的控制部分。由于转向电机和其电机的控制器对于转向管柱的影响相对较小，所以在实际的设计过程中，可以忽略转向电机及其控制系统的影响因素。在对转向管柱的结构进行优化设计方案的过程中，需要注意以下几个问题：首先需要明确转向管柱结构中所包含的所有配件，并且选择符合不同转向系统转向管柱结构的配件，按照相应的参数和型号进行合理的控制，其次是要确保在安装的过程中，所有的配件能够按照事先的结构设计进行安装，防止由于安装错误而影响转向系统转向管柱结构的使用，最后是在转向管柱结构的设计过程中，忽略了电子组件对其抖动性能的影响，只根据装配的关系和机械结构进行合理的设计。

2 汽车转向系统方向盘减振的优化设计方案

如果在汽车转向系统中经常会出现抖动现象，不仅会影响转向系统的灵敏性，还会影响转向系统的稳定性，所以对于方向盘的减振设计也应该进行相应的优化，现阶段方向盘在进行抖动的过程中主要分为横向抖动和垂向抖动，要想避免方向盘的抖动影响转向系统的使用性能，必须要通过优化方向盘的横向振动模态和垂向振动模态，并且合理的控制其振动的频率，在本次优化设计方案中主要使用了带有动力吸振块的转向盘骨架，这种骨架可以在一定程度上降低横向的震动和垂向的振动，从而使汽车在正常行驶的状态下，进行转动过程中可以减少方向盘的震动幅度。在方向盘减振优化设计方案中，首先要明确所根据的制动理论，现阶段常用的制动理论为具有有限个自由度的线弹性系统，根据这个系统，结合达朗贝尔原理，可以推出相应的动力平衡方程，然后对平衡方程中的相关因素和参数进行合理的控制，即可得出在方向盘减振系统优化设计方案中，所需要的已安装减振块的振动频率和未安装减振块的振动频率之间的差值，从而能够有效的对比减振块所起到的吸振作用。方向盘减振结构主要包含方向盘骨架，组合开关方向盘的外蒙皮以及安全气囊等，其中方向盘的骨架使用了镁铝合金的结构，在转向盘的三个副班上的不同位置放置了三个吸振块，其中一个吸振块吸收垂直方向的振动频率，另两个吸震块则吸收横向的振动频率。通过三个吸震块组合的方式，可以吸收不同方向的频率。然后使用螺母将转向盘的骨架和外蒙皮进行装配，最终可以实现方向盘的减振效果。

3 结束语

综上所述，如果在制动的过程中汽车发生了震动现象，可能会导致汽车的安全性能受到影响，所以对转向管柱结构和方向盘的减振结构进行设计，可以有效的降低汽车发生的抖动问题，从而保证汽车的底盘结构能够有更加稳定的使用性能，促进汽车的舒适性和安全性。

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作者简介：王丽君（1991-），女，河北邯郸人，本科，转向系统工程师，从事汽车设计行业，主要负责底盘转向系统方面的工作及研究。