汽车转向系统

一、课题来源

课题《某车型转向系统优化设计》来源于某整车开发项目。

二、国内外现状

在汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一。它也是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能很重要。在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动，我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的行驶意图，转向系的作用是保证汽车在行驶中能适应道路情况改变行驶方向，或保持稳定的直线行驶。

汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统、线控转向系统4个基本发展阶段。

1. 纯机械式转向系统∶机械式的转向系统，由于采用纯粹的机械解决方案，为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，这样一来，占用驾驶室的空间很大，驾驶员负担较重，特别是重型汽车由于转向阻力较大，单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向，这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。

2. 液压助力转向系统∶80年代后期，又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内，动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统，比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统(Variable Displacement Power Steering Pump)和电动液压助力转向(Electric Hydraulic Power Steering，简称EHPS)系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下，泵的流量会相应地减少，从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵，由于电机的转速可调，可以即时关闭，所以也能够起到降低功耗的功效。液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞，布置更方便，降低了转向操纵力，也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力，目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。

3. 汽车电动助力转向系统(EPS) ∶ EPS在日本最先获得实际应用，1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统，并装在其生产的Cervo车上，随后又配备在Alto上。此后，电动助力转向技术得到迅速发展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。EPS的助力形式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展，并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期开发的EPS仅低速和停车时提供助力，高速时EPS将停止工作。新一代的EPS则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。

4.线控转向系统：线控转向系统(Steering by Wire-SBW)是更新一代的汽车电子转向系统，线控转向系统与上述各类转向系统的根本区别就是取消了转向盘和转向轮之间的机械连接。

当代汽车发展的趋势是安全、节能、环保。转向的好坏直接影响汽车行驶方向。由于科技的不断发展，转向系统由传统机械转向到现在的电子助力转向，轻便又安全。现在最新的技术汽车线控转向系统的设计以减轻驾驶员的体力和脑力劳动、提高整车主动安全性为根本出发点，使汽车性能适合于更多非职业驾驶员的要求，对广大消费者有着巨大的吸引力。

三、综合分析

为了分析转向系统满足法规情况的问题，本课题试图通过CATIA V5建立起的转向系统实体模型，然后进行性能参数提取和转向安全法规要求获得，在此基础上应用EXCEL或MATLAB软件对其关键性能参数进行编程优化分析，使其在不同载荷和受力情况下均满足转向法规要求。在实体模型建立过程中，需充分考虑转向系统本身与周边零部件的运动干涉情况，同时考虑在参数提取过程中不同装配情况下对性能参数的影响。在性能参数提取过程中需结合整车布置予以考虑。在转向法规要求获得过程中，尽量依照最新法规要求和即将出台的法规要求。然后结合转向系统最新程式，进行转向系统优化计算的公式和程序的编制。

本课题将充分运用现有的转向系统的最新计算理论，结合本课题实际情况，着重进行转向传动机构关键性能参数的优化分析。如当汽车处于转向过程中转向

力和内、外轮转向角的变化规律，即为转向梯形底角的优化分析。通过以上工作，可以初步预知在整车上应用该转向系统是否合乎法规要求，尽量提高转向系统传动效率，并作为下阶段试验的理论依据。

四、方案论证

本课题针对某微型客车转向系统安全法规满足情况主要进行以下几方面的研究：

1．应用CATIA V5软件进行转向系统的布置及数模建立，并进行数据转换：本转向传动机构为整体式，数模可简化为对称式；

2．转向系统性能参数提取及法规要求的获取：转向梯形获取方式为-----过转向横拉杆球铰中心投影到主销轴线的垂足的连线的平面；

3．用EXCEL或MATLAB软件完成转向系统的参数优化并进行强度校核使之满足法规要求，校核内容主要有：转向盘总转动圈数、自由及极限转向状态下的传动比、转向阻力矩的变化、转向自动回正速度等。

六、参考文献

[1] 张洪欣，汽车设计[M].北京机械工业出版社, 1994.4.

[2] 余志生，汽车理论[M].机械工业出版社,2006.8

[3] 陈家瑞, 汽车构造[M].人民通迅出版社,2006.2

[4] 谢龙汉，CATIA V5零件设计[M].清华大学出版社，2005.1

[5] 张智星，MATLAB程序设计与应用[M].清华大学出版社，2003.8

[6] 胡建军，汽车转向技术进展分析[J].液压与气动，2006.12