汽車轉向管柱設計概述

賈昱等

摘 要：轉向系統是汽車底盤的重要系統之一，其中轉向管柱是轉向系統的重要部件，使駕駛員作用在轉向盤上的力矩通過管柱、轉向機、轉向橫拉桿等部件轉化為車輪的運動，實現車輛轉向的目的。目前轉向管柱的主要形式有液壓助力、電動助力。文章主要介紹轉向系統中的轉向管柱開發策略，根據不同車型特點，提出在開發過程中應注意的事項。

關鍵詞：轉向系統；轉向管柱；液壓助力；電動助力

前言

轉向管柱是車輛轉向系統中的重要部件。它的主要作用是通過駕駛員作用在方向盤上的扭矩，使方向盤的轉動通過轉向管柱及轉向機、橫拉桿、萬向節等部件轉化為車輪轉動，實現車輛轉向。隨著安全性的要求逐步提升，轉向管柱還要承擔二次碰撞中潰縮和能量吸收作用，以保護乘員的安全。文章主要介紹轉向系統中的轉向管柱開發策略，提出了轉向管柱特點及應注意的事項。

1 轉向管柱開發的方向

現代轉向管柱集功能與節能環保為一體。隨著技術的不斷發展，電動助力轉向EPS日趨成熟，分為轉向管柱式電動助力、齒輪軸式電動助力及齒條軸式電動助力。其中帶有助力電機的轉向管柱式電動轉向模式己經被逐步應用，該種方式是將助力電機安裝在轉向管柱上，電機的助力和駕駛員操縱力矩通過中間軸作用在轉向機小齒上。其最大優點是電機、ECU、減速機構等都安裝在駕駛艙內，部件的工作環境較好。但由于所有助力都將通過轉向管柱傳遞到轉向小齒輪和齒條上，轉向管柱自身的受力較大，導致其助力的大小受到限制。

2 轉向管柱的功能特征

在確定開發方向采用機械式轉向管柱后，需要確定管柱需實現的功能。逆向設計不但可以減短開發周期，而且可以借鑒一些成熟的經驗。所以根據車型轉向管柱布置硬點，通過借鑒市場上己有的成熟的結構進行開發。在管柱開發中，針對多款競爭車型的產品進行樣件分析，給出了分析報告，以全面了解轉向管柱所應具有的功能（如表1所示）。

對標桿車型管柱對比分析，調節方式有手動調節和電動調節。電動調節開發周期長，費用高。軸向調節范圍多在±25mm范圍，角度調節在±30mm范圍。中間軸多采用可滑動式，部分中間軸增加緩沖聯軸節等阻尼元件以提升NVH性能。通過分析結果，整車布置要求以及整車競爭策略，制定出轉向管柱產品的結構特征表（如表2所示）。

另外，針對SUV車型，由于其車身結構分承載式和非承載式兩種，對轉向管柱結構要求來說也有差異。圖1為某非承載式SUV在滿載情況下在各種路況車身車架之間運動數據。

3 轉向管柱性能要求

轉向管柱結構及特征定義完成后，隨后對管柱的具體性能進行確定。性能確定是保證產品在整車操穩性、耐久性、NVH以及整車碰撞等試驗中滿足要求的重要保證。我國現行標準QC/T 649-2000以及QC/T 647-2000對轉向傳動軸和萬向節的性能要求進行了定義。但隨著技術的發展，各生產企業及整車廠幾乎都制定了自己的標準，對管柱的性能方面要求如表3所示。

4 轉向管柱的潰縮性能

隨著車輛技術進步和高速公路的發展，對車輛安全及舒適性的要求也越來越高。根據GB 11557-2011中4.1及4.2要求執行。幾種常見的管柱的潰縮吸能結構樣式如圖2。根據GB 11557-2011 《防止汽車轉向機構對駕駛員傷害的規定》分析，管柱對乘員保護可分為潰縮和吸能兩部分。在發生正面碰撞時，為減小管柱向后向上移動，管柱必須有良好的潰縮功能。

5 結束語

文章通過對轉向管柱開發過程進行討論，指出了管柱開發的方向、功能特征、性能要求以及潰縮吸能要求，希望文章能對其它車輛轉向管柱的開發提供一些借鑒。當然對于開發工作，這些只是開始，對于整個轉向系統乃至與整車的協調性，后期還要進行詳細的評審及各種臺架試驗及整車試驗驗證，并最終確定結構狀態。

參考文獻

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作者簡介：賈昱，工作于長城汽車股份有限公司技術中心，本科學歷，中級工程師，從事項目管理及底盤系統設計開發研究。