汽车转向系统的力矩波动研究与优化.pdfVIP

２０１７（１—２）技术纵横３３

汽车转向系统的力矩波动研究与优化

田耀霁金智林１王超１陈春华ｚ

（１南京航空航天大学车辆工程系２南京东华汽车转向器有限公司）

摘要：汽车转向力矩波动大会降低驾驶舒适性。为减少汽车转向力矩波动，

本文以齿轮齿条式转向系统为研究对象，在尽可能减少原方案变更的前提下，应

用三维建模软件ＣＡＴＩＡ建立转向系统的硬点结构模型；推导了力矩波动的原理

公式，分析了影响转向力矩波动的重要因素；根据分析结果，分别设计了优化转向

轴参数和优化转向机参数两种转向力矩控制方法，结果表明该两种方法均能使转

向系统的力矩波动减小至１％ｖＸ内，有效提升驾驶舒适性，保障驾乘安全。

关键词：汽车转向系统转向力矩波动驾驶舒适性

前１言因此，本文应用ＣＡＴＩＡ三维软件建立汽车齿

汽车转向时，地面对车轮的回正力矩依次通轮齿条转向系统模型，分析力矩波动因素，设计了

过转向机、转向传动轴和转向管柱传递至方向盘，两种优化方法，降低汽车转向力矩波动。

只有驾驶员通过方向盘作用在转向轴上的力矩足２转向系统模型与力矩波动分析

够大才能使车轮持续转向。如果转向系统布置不２．１转向系统的模型

合理，在转动方向盘时，驾驶员作用在方向盘上的汽车转向系统由方向盘、转向轴、转向传动轴

操作力会不均匀，驾驶舒适性下降，同时增加了驾和转向机组成，如果是助力式转向系统，则需另外

驶的危险。有研究者提出：当转向传动轴的输入角增加提供动力的转向泵或者电机等相关零部件，

与输出角尽量接近（差值小于６。）时，可以优化如图１所示。

转向传动轴的相位角，将力矩波动值控制在±５％

之内【ｕ。转向传动轴相位角即转向传动轴下端万向

节的主动叉相对于上端万向节的从动叉顺时针转

过的角度，观察方向为从转向传动轴上端至转向

传动轴下端。有研究者通过试验验证合理的转

图１汽车齿轮齿条式转向系统

向传动轴相位角设计可以有效减小力矩波动嗍。转

向系统设计时，不同的参数选择会影响转向力矩在ＣＡＴＩＡ软件中对汽车转向系统模型进行

波动。针对转向系统设计建模和分析的方法越来简化得到图２所示的转向系统的硬点结构模型。

越多，比如基于ＡＤＡＭＳ三维模型进行分析，又其中：ＡＢ为转向轴轴线，ＢＣ为转向传动轴轴线，

如基于ＣＡＴＩＡ软件进行汽车转向系统运动分析ＣＤ为转向机齿轮轴线，ＥＦ为转向机齿条轴线，

的技术已广泛应用【９，埘。０ｌ、０２、０３分别为ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ的转角，）１１‘、‘１）２、

３４技术纵横轻型汽车技术２０１７（１－２）

表１某型汽车转向系统硬点坐标

坐标值

位置

Ｘｍｍ（）Ｙｍｍ（）Ｚｍｍ（）