汽车转向系统设计计算匹配方式

汽车转向系统设计计算匹配方式

1 汽车转向系统的功能

1.1 驾驶者经过方向盘控制转向轮绕主销的转角而实现控制汽车运动方向。

对方向盘的输入有两种方式：对方向盘的角度输入和

对方向盘的力输入。装有动力转向系统的汽车低速行驶

时，操作方向盘的力很轻，却要产生很大的方向盘转角

输入，汽车的运动方向纯粹是由转向系统各杆件的几何

关系所确定。这时，基本上是角输入。而在高速行驶

时，可能出现方向盘转角很小，汽车上仍作用有一定的

侧向惯性力，这时，主要是经过力输入来操纵汽车。

1.2 将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者。这种反馈，一般称为路感。

驾驶者能够经过手—---感知方向盘的震动及运转情况、眼

睛—---观察汽车运动、身体—---承受到的惯性、耳朵—---

听到轮胎在地面滚动的声音来感觉、检测汽车的运动状

态，但最重要的的信息来自方向盘反馈给驾驶者的路

感，因此良好的路感是优良的操稳性中不可缺少的部

分。

反馈分为力反馈和角反馈

从转向系统的功能能够得知：人、车经过转向系统组成

了人车闭环系统，是驾驶者对汽车操纵控制的一个关键

系统。

2 转向系统设计的基本要求

转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关

系。转向系的基本要求如下：

2．1 汽车转弯时，全部车轮应绕瞬时回转中心（瞬心）旋转，任何车轮不应有侧滑。

不满足这项要求会加剧轮胎磨损，并降低汽车的操作

稳定性。实际上，没有哪一款汽车能完全满足这项要

求，只能对转向梯形杆系进行优化，一般在常见转向角

内（内轮15°～25°范围）使转向内外轮运动关系逼近

上述要求。

2．2 良好的回正性能

汽车转向动作完成后，在驾驶者松开方向盘的条件下，转

向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。转向轮

的回正力矩的大小主要由悬架系统所决定的前轮定位参

数确定，一般来说，影响汽车回正的因素有：轮胎侧偏

特性、主销内倾角、主销后倾角、前轮外倾、转向节上

下球节的摩擦损失、转向节臂长、转向系统的逆效率

等。

2．3汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生自振，方向盘没有摆动。

2．4 转向机构与悬架机构的运动不协调所造成的运动干涉应尽可能小，由于运动干涉使转向轮产生的摆动应最

小。

汽车转弯行驶时，作用在汽车质心处的离心力的作用，内轮载荷减小，外轮载荷增加，使悬架上的载荷发生相应变化。若转向桥采用非独立悬架、钢板弹簧机构时，则内侧板簧因载荷减小而长度缩短，外侧板簧因载荷增加而长度增加，导致车轴在水平面内相对车身转过一个角度，产生轴转向效应。转向直拉杆和纵拉杆的运动关系必须与之适应，使轴转向效应趋于不足转向。

当转向桥为独立悬架、螺旋弹簧机构时，内侧弹簧因载荷减小而长度增加，车轮相对车身下跳，外侧弹簧因载荷增加而长度减小，车轮相对车身上跳，因转向横拉杆外球头从运动学上来说，是转向轮的一部分，内球头属于车身的一部分，外球头随车轮上下跳动所形成的轨迹必须与内球头所在中心点相适应。这就是传统转向理论中所说的断开点校核。

实际上，现代汽车设计中，合理利用这个运动轨迹的干涉，使得运动干涉造成的车轮偏转方向（侧倾转向）与转向方向相反，有助于实现不足转向。

2．5 良好的机动性

为了使汽车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，并要达到按前外轮轨迹计算，使其最小转弯半径能达到汽车轴距的2～2.5倍。

最小转弯直径是汽车机动性的评价指标。影响最小转弯直径的因素有：汽车轮距、轴距、轮胎侧偏刚度、有

效转向节臂长，转向器行程（齿轮齿条式转向器）、转向摇臂摆角（循环球式转向器）、转向摇臂长（循环球式转向器）、转向梯形的布置形式等。

2．6 转向操纵轻便性

转向操纵轻便性的评价指标一般有两项：驾驶者作用在方向盘上的切向力大小和方向盘总圈数。机械转向系统的轿车，在行驶中转向时的切向力应为50～100N.有助力转向系统的轿车，此力为20～50N。K1哈弗为27N ±3N。轿车方向盘总圈数不得大于4圈，货车不得大于6圈。M11机械转向系统方向盘总圈数3.825,液压助力转向系统方向盘总圈数3.083。

对于无助力系统，方向盘上的切向力大小由转向系力传动比决定，方向盘总圈数等于转向器总圈数。

方向盘总圈数多和切向力越大都容易使驾驶者疲劳。根据机械原理，方向盘总圈数越多，切向力就越小，两者成反比。只有合理对方向盘总圈数和切向力取值，才能有一个好的转向操纵轻便性。

对于有助力转向系统，能够实现少的方向盘总圈数和小的方向盘切向力。但需要注意助力特性，虽然实现了好的转向操纵轻便性，却容易出现转向高速发飘、转向发贼现象，破坏操纵稳定性。

2．7直线行驶稳定性

转向系统和悬架系统密切相关，必须使转向系统与悬架