基于转向轻便性的某车型转向系布置优化

陈小燕 武伟 董国红 高艳超 黄元毅

摘 要：本文是在某车型转向系的设计过程中，基于转向轻便性，对转向系布置进行不断的优化。文章在确定转向系结构的基础上，对转向系硬点进行初步布置，并参考同平台车型转向系进行优化，减小转向轴之间的夹角，进一步优化相位角，使转向波动率降低。经过实车测量对比，优化硬点和相位角前后空载静态转向力和轉向力矩降低约35%。

关键词：转向系 布置 优化 转向轻便性

1 引言

随着各种交通工具的不断发展和道路条件的改善，用户对汽车的操纵性能也提出了更高的要求。转向操纵与驾驶员的主观感受紧密结合，在很大程度上影响到整车性能和产品在用户心中的形象。如何布置汽车的转向系，使其有合适的转向力，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。一般希望方向盘能操纵轻便，在高速时仍能保持稳定，且具有良好的转向感觉。本文结合本企业某车型转向系的布置设计，分析转向系统布置对转向轻便性的影响因素。

2 转向系的结构、功能

转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。转向操纵机构主要由转向盘、转向轴及转向管柱等组成;转向器是转向系中的减速传动装置，其功用是将驾驶员加在方向盘上的力矩放大，并减低转速，传给转向传动机构。常见的转向器有齿轮齿条式和循环球式，本车型采用齿轮齿条式;转向传动机构主要包括转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形[1]。转向传动机构的组成和布置，因转向器位置和转向轮悬架类型不同而异[2]。本车型转向系结构如图1所示。

转向系的功能大体可分为两部分。其一是驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角来操纵汽车运动的方向。转向系的第二个功能是凭借转向盘（反作用）力，将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者，即驾驶者感受到的路感。转向盘力是驾驶者输入转向盘用以操纵汽车的力，转向盘反作用力是转向盘输送给人手的力，即路感[3]。汽车转向系应具有良好的转向盘力特性。

3 转向系的布置

根据本车型转向系的结构，其转向系的布置包括以下硬点，如图2所示。

初始方案在下文中简称为方案一，其转向系硬点坐标如表1。

4 转向系的优化及试验验证

4.1 转向系硬点优化

4.1.1 转向系硬点优化方案

参考本企业同一平台某车型的转向系对本车型转向系硬点进行优化，硬点优化后的方案在下文中简称为方案二，转向系硬点优化前后如图3，转向系硬点优化前后的参数如表2。方案二转向输入轴、中间轴、输出轴之间的夹角变小。

4.1.2 转向系硬点优化实车试验验证

对方案一和方案二的转向系进行实车试验验证，测量方案一和方案二的空载静态转向力，分别测量三次，取平均值，如表3、表4，静态转向力矩如图4、图5所示。方案二的转向力、转向力矩减小约25%。

4.2 转向系相位角优化

4.2.1 理论分析

方案二相位角149.2°，对方案二进一步优化相位角，在下文中简称为方案三，方案三相位角120.7°。理论分析转向波动率结果如图6、图7。转向波动率约下降15%。

4.2.2 转向系相位角优化实车试验验证

按方案三的相位角改制转向传动轴零件，进行实车试验验证，测量方案三的空载静态转向力，分别测量三次，取平均值，数据如表5。静态转向力矩如图8、图9所示。方案三的转向力、转向力矩减小约13%-15%。

4.3 小结

对比方案一和方案三，方案三的硬点、相位角均优化，其转向力降低约35%。如表6所示。

5 结论

在汽车曲线运动中，影响转向轻便性的因素有很多，可以从多个方面对转向机构进行优化，以降低转向操纵力。本文主要是在转向系布置过程中，对硬点和相位角进行优化。考虑同一平台车型零件借用，减小转向轴之间的夹角，对布置硬点进行了优化，并在此基础上进一步优化转向相位角，降低转向波动率。经过实车测量，转向力和转向力矩降低约35%，取得良好的效果。此外，还可以进一步在实车调试过程中，对动态转向力进行评价，从设计、制造及用户的使用等方面分别分析影响转向轻便性的因素，避免转向沉重故障的发生。

柳州市科技计划项目（2018AA20502）资助

参考文献：

[1]屠卫星.汽车底盘构造与维修[M].人民交通出版社.2001：150.

[2]陈家瑞.汽车构造第三版[M].机械工业出版社.2009：257.

[3]余志生.汽车理论第五版[M].机械工业出版社.2009：177.