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 驾驶者通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

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，一般在常用转向角内（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。

车

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通常有两项：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。

厚比两边的大，与螺母齿条啮合时，转向器中间位置有相当于锁紧的功能。以达到维持直线行驶稳定的目的。

齿轮齿条式转向器将齿条中间常用几齿的齿间设计得比较小，与小齿轮啮合时，转向器中间位置有相当于锁紧的功能。以达到维持直线行驶稳定的目的，同时也达到间隙补偿的目的。

2．8 转向轮碰到障碍物后，传递给方向盘的反冲力要尽可能小。

转向轮碰到障碍物后，传递给方向盘的反冲力要尽可能小，否则会出现“打手”

现象。避免“打手”现象的有效措施有：在转向操纵机构中增加挠性万向节，加装转向阻尼器（减振器），提高转向系统逆效率等手段。

2．9 应当有汽车碰撞时对驾驶者的防伤机构

当发生车祸时，一方面，车辆前端被压溃，使得转向管柱和转向轴向上向后移动（也就是向窜向驾驶者头胸部）。另一方面，驾驶者紧急制动或则被撞时汽

线，斜率为定值，称汽车具有中性转向特性。表现为：保持相同的方向盘转角，提高车速，汽车的转弯半径维持在一个恒定值。

横摆加速度与车速成非线性关系，其斜率呈减小趋势，称汽车具有不足转向特性。表现为：保持相同的方向盘转角，提高车速，汽车的转弯半径越来越大。

横摆加速度与车速成非线性关系，其斜率呈增加趋势，当车速度超过临界车速时，横摆角速度趋于无穷大，称汽车具有过多转向特性。表现为：保持相同

的方向盘转角，提高车速，汽车的转弯半径越来越小。

中性转向很容易转化为过多转向，过多转向汽车达到临界车速时将失去稳定性，由于其转弯半径越来越小，横摆加速度越来越大，汽车将发生激转而侧滑摔尾或者翻车，因此汽车都应具有适宜的不足转向特性。

转向灵敏度和转向特性主要影响因素：悬挂系统、转向系统以及整车的质心位置、轴距、轮距等参数。

r,

轮胎接地点B向主销作垂线，B点与垂足点的距离L是车轮产生回正力矩的力臂，因主销后倾角一般不大，如K1为3°±30’，M11为2.5°±30’，在三维模拟技术尚不成熟的传统设计理论中，便于计算，一般以主销穿地点A与B 点距离作为评价回正力矩的主参数。这个距离叫做后倾拖距ξ。

回正力矩M=ξ* F

y 附加转角δ= F

y

/C

s

F

----汽车受到的侧向力，与汽车质量、侧向加速度成正比。

y

----转向系统刚度，包括转向节、转向器、转向管柱的刚度。

C

s

回正力矩M，附加转角δ就是转向系统的力反馈和角反馈。

ξ越大回正力矩越大，同时，车辆转向时，这个力矩就成了转向需要克服的阻力矩，转向也变得困难。

主

由于主销内倾，前轮转向时将使车身有抬高的倾向，这种系统位能的提高产生回正力矩M＇。假设Q为轮荷，δ为前轮转角，有如下关系：

M＇=(Q*C*sin(2β)*sinδ)/2

可以看出，M＇与侧向力F

无关，有：M比M＇在高速时大得多，低速时，M＇

y

比M大得多。所以说：汽车低速时回正主要由主销内倾角决定。

同样主销内倾角β越大，转向越困难。

3．3 车轮外倾角

当汽车水平停放时，在汽车的横向垂面内，车轮平面与地面垂线的夹角为前轮外倾角。如果空车时车轮的安装正好垂直于路面，则满载时车桥因承载变形而可能出现车轮内倾，这样将加速车轮胎的磨损。另外，路面对车轮的垂直反力沿轮毂的轴向分力将使轮毂压向外端的小轴承，加重了外端小轴承及轮毂

行驶跑偏。

4 机械转向系统结构

下面是机械转向系统主要部件介绍

4．1 机械转向器—转向执行机构

4．1．1齿轮齿条式转向器

齿轮齿条式转向器有四种形式：

侧面输入，两端输出。这是普遍采用的形式。M11也是这种。

1.转向横拉杆

2.防尘套

3.球头座

4.转向齿条

5.转向器壳体

6.调整螺塞

7.

压紧弹簧 8.锁紧螺母 9.压块 11.转向齿轮轴 12.向心球轴承 13.滚针轴承

转向器基本性能参数：力特性、线角传动比、齿条行程、输入轴总圈数（一般来说就是方向盘总圈

数）、转向器逆效率、转向器正效率、齿轮齿条啮合间隙特性、静扭刚度。

线角传动比i=m

*z*π/cosα

n