汽車轉向系統的結構優化設計

摘 要：隨著我國國民生活水平的提高，越來越多的人會選擇汽車作為交通工具，所以對汽車中的各個系統進行結構的優化設計，是當前提高汽車使用性能以及確保人們出行安全的重要措施。由于我國的交通道路較為復雜，汽車的轉向系統能夠在一定程度上影響汽車的安全性能，因此必須對汽車的轉向系統進行結構的優化設計。這就需要明確汽車轉向系統在使用過程中可能出現的問題，從而針對這些問題，采取相應的解決措施。基于此，本文分析了轉向管柱結構和方向盤減振的優化設計。

關鍵詞：汽車;轉向系統;結構;優化設計

0 引言

在汽車的使用過程中，汽車轉向系統起到了非常重要的作用，轉向系統不僅可以根據駕駛員的意圖，控制汽車的具體行車方向，還決定了車輛底盤的使用性能，所以轉向系統的特性可以在一定程度上影響汽車的穩定性和可操作性。如果轉向系統出現了問題，不僅會導致司機的指令無法得到及時操作，還會導致安全事故，因此對于汽車轉向系統進行結構的優化設計，促進轉向系統具有良好的穩定性能和安全性能，是現階段汽車生產制造企業需要關注的問題。而汽車轉向系統主要受到轉向管柱結構以及方向盤減振設計的影響，所以針對這兩個結構進行合理的設計，能夠從整體上提高汽車轉向系統的實用性能。

1 汽車轉向系統中轉向管柱結構的優化設計方案

為了使汽車轉向系統轉向管柱結構能夠有更加優化的設計，要了解轉向管柱結構的具體組成及基本功能。當前汽車轉向系統的轉向管柱主要有兩個基本的作用，第1個作用是可以將方向盤傳來的轉矩進行傳遞，從而確保可以準確的將駕駛員的轉向意圖傳遞給轉向機和轉向輪，第2個作用是在汽車出現意外事故發生碰撞的過程中，能夠保護駕駛員的人身安全，從而確保在意外發生時，降低對駕駛員造成的身體損害。同時轉向系統的轉向管柱，還具有承上啟下的功能，它既可以連接方向盤，又可以連接轉向器，從而能夠更加準確及時的將方向盤上接收到的轉向任務傳遞給轉向器。而汽車轉向系統轉向管柱的具體設計結構主要根據其裝配的關系進行相應的設計，從而確保轉向系統能夠發揮基本功能。轉向管柱的結構中主要包含9個元部件，第1個元部件為方向盤骨架，可以接收駕駛員傳遞的轉向信息，第2個結構為變截面轉向軸，能夠保證將方向盤上的信息通過轉向軸向下傳遞，第3個結構為變截面轉向外管柱，保護外面轉向軸，第4個為轉向管柱支架總成，通過支架可以固定轉向管柱的位置，從而使駕駛員有更舒適的駕駛位置，第5個結構為變截面轉向內管柱，然后通過十字萬向節和尾端萬向節，將所有的結構緊密的連接在一起，第8個結構為齒輪軸，第9個結構為轉向器，通過齒輪軸和轉向器完成汽車的轉動過程。在連接方式上主要是變截面轉向軸的一端從外管柱的前端輸出，然后和方向盤連接，另一端則和內管柱的一端進行連接。在和外管柱外部進行連接的一端，還放置了轉向電機以及電機的控制系統，此部分作為轉向管柱的控制部分。由于轉向電機和其電機的控制器對于轉向管柱的影響相對較小，所以在實際的設計過程中，可以忽略轉向電機及其控制系統的影響因素。在對轉向管柱的結構進行優化設計方案的過程中，需要注意以下幾個問題：首先需要明確轉向管柱結構中所包含的所有配件，并且選擇符合不同轉向系統轉向管柱結構的配件，按照相應的參數和型號進行合理的控制，其次是要確保在安裝的過程中，所有的配件能夠按照事先的結構設計進行安裝，防止由于安裝錯誤而影響轉向系統轉向管柱結構的使用，最后是在轉向管柱結構的設計過程中，忽略了電子組件對其抖動性能的影響，只根據裝配的關系和機械結構進行合理的設計。

2 汽車轉向系統方向盤減振的優化設計方案

如果在汽車轉向系統中經常會出現抖動現象，不僅會影響轉向系統的靈敏性，還會影響轉向系統的穩定性，所以對于方向盤的減振設計也應該進行相應的優化，現階段方向盤在進行抖動的過程中主要分為橫向抖動和垂向抖動，要想避免方向盤的抖動影響轉向系統的使用性能，必須要通過優化方向盤的橫向振動模態和垂向振動模態，并且合理的控制其振動的頻率，在本次優化設計方案中主要使用了帶有動力吸振塊的轉向盤骨架，這種骨架可以在一定程度上降低橫向的震動和垂向的振動，從而使汽車在正常行駛的狀態下，進行轉動過程中可以減少方向盤的震動幅度。在方向盤減振優化設計方案中，首先要明確所根據的制動理論，現階段常用的制動理論為具有有限個自由度的線彈性系統，根據這個系統，結合達朗貝爾原理，可以推出相應的動力平衡方程，然后對平衡方程中的相關因素和參數進行合理的控制，即可得出在方向盤減振系統優化設計方案中，所需要的已安裝減振塊的振動頻率和未安裝減振塊的振動頻率之間的差值，從而能夠有效的對比減振塊所起到的吸振作用。方向盤減振結構主要包含方向盤骨架，組合開關方向盤的外蒙皮以及安全氣囊等，其中方向盤的骨架使用了鎂鋁合金的結構，在轉向盤的三個副班上的不同位置放置了三個吸振塊，其中一個吸振塊吸收垂直方向的振動頻率，另兩個吸震塊則吸收橫向的振動頻率。通過三個吸震塊組合的方式，可以吸收不同方向的頻率。然后使用螺母將轉向盤的骨架和外蒙皮進行裝配，最終可以實現方向盤的減振效果。

3 結束語

綜上所述，如果在制動的過程中汽車發生了震動現象，可能會導致汽車的安全性能受到影響，所以對轉向管柱結構和方向盤的減振結構進行設計，可以有效的降低汽車發生的抖動問題，從而保證汽車的底盤結構能夠有更加穩定的使用性能，促進汽車的舒適性和安全性。

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作者簡介：王麗君（1991-），女，河北邯鄲人，本科，轉向系統工程師，從事汽車設計行業，主要負責底盤轉向系統方面的工作及研究。