基于轉(zhuǎn)向輕便性的某車型轉(zhuǎn)向系布置優(yōu)化

陳小燕 武偉 董國紅 高艷超 黃元毅

摘 要：本文是在某車型轉(zhuǎn)向系的設(shè)計過程中，基于轉(zhuǎn)向輕便性，對轉(zhuǎn)向系布置進行不斷的優(yōu)化。文章在確定轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對轉(zhuǎn)向系硬點進行初步布置，并參考同平臺車型轉(zhuǎn)向系進行優(yōu)化，減小轉(zhuǎn)向軸之間的夾角，進一步優(yōu)化相位角，使轉(zhuǎn)向波動率降低。經(jīng)過實車測量對比，優(yōu)化硬點和相位角前后空載靜態(tài)轉(zhuǎn)向力和轉(zhuǎn)向力矩降低約35%。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系 布置 優(yōu)化 轉(zhuǎn)向輕便性

1 引言

隨著各種交通工具的不斷發(fā)展和道路條件的改善，用戶對汽車的操縱性能也提出了更高的要求。轉(zhuǎn)向操縱與駕駛員的主觀感受緊密結(jié)合，在很大程度上影響到整車性能和產(chǎn)品在用戶心中的形象。如何布置汽車的轉(zhuǎn)向系，使其有合適的轉(zhuǎn)向力，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車生產(chǎn)廠家和科研機構(gòu)的重要研究課題。一般希望方向盤能操縱輕便，在高速時仍能保持穩(wěn)定，且具有良好的轉(zhuǎn)向感覺。本文結(jié)合本企業(yè)某車型轉(zhuǎn)向系的布置設(shè)計，分析轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置對轉(zhuǎn)向輕便性的影響因素。

2 轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)、功能

轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸及轉(zhuǎn)向管柱等組成;轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中的減速傳動裝置，其功用是將駕駛員加在方向盤上的力矩放大，并減低轉(zhuǎn)速，傳給轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)。常見的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式，本車型采用齒輪齒條式;轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)主要包括轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向梯形[1]。轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的組成和布置，因轉(zhuǎn)向器位置和轉(zhuǎn)向輪懸架類型不同而異[2]。本車型轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

轉(zhuǎn)向系的功能大體可分為兩部分。其一是駕駛者通過轉(zhuǎn)向盤控制前輪繞主銷的轉(zhuǎn)角來操縱汽車運動的方向。轉(zhuǎn)向系的第二個功能是憑借轉(zhuǎn)向盤（反作用）力，將整車及輪胎的運動、受力狀況反饋給駕駛者，即駕駛者感受到的路感。轉(zhuǎn)向盤力是駕駛者輸入轉(zhuǎn)向盤用以操縱汽車的力，轉(zhuǎn)向盤反作用力是轉(zhuǎn)向盤輸送給人手的力，即路感[3]。汽車轉(zhuǎn)向系應具有良好的轉(zhuǎn)向盤力特性。

3 轉(zhuǎn)向系的布置

根據(jù)本車型轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)向系的布置包括以下硬點，如圖2所示。

初始方案在下文中簡稱為方案一，其轉(zhuǎn)向系硬點坐標如表1。

4 轉(zhuǎn)向系的優(yōu)化及試驗驗證

4.1 轉(zhuǎn)向系硬點優(yōu)化

4.1.1 轉(zhuǎn)向系硬點優(yōu)化方案

參考本企業(yè)同一平臺某車型的轉(zhuǎn)向系對本車型轉(zhuǎn)向系硬點進行優(yōu)化，硬點優(yōu)化后的方案在下文中簡稱為方案二，轉(zhuǎn)向系硬點優(yōu)化前后如圖3，轉(zhuǎn)向系硬點優(yōu)化前后的參數(shù)如表2。方案二轉(zhuǎn)向輸入軸、中間軸、輸出軸之間的夾角變小。

4.1.2 轉(zhuǎn)向系硬點優(yōu)化實車試驗驗證

對方案一和方案二的轉(zhuǎn)向系進行實車試驗驗證，測量方案一和方案二的空載靜態(tài)轉(zhuǎn)向力，分別測量三次，取平均值，如表3、表4，靜態(tài)轉(zhuǎn)向力矩如圖4、圖5所示。方案二的轉(zhuǎn)向力、轉(zhuǎn)向力矩減小約25%。

4.2 轉(zhuǎn)向系相位角優(yōu)化

4.2.1 理論分析

方案二相位角149.2°，對方案二進一步優(yōu)化相位角，在下文中簡稱為方案三，方案三相位角120.7°。理論分析轉(zhuǎn)向波動率結(jié)果如圖6、圖7。轉(zhuǎn)向波動率約下降15%。

4.2.2 轉(zhuǎn)向系相位角優(yōu)化實車試驗驗證

按方案三的相位角改制轉(zhuǎn)向傳動軸零件，進行實車試驗驗證，測量方案三的空載靜態(tài)轉(zhuǎn)向力，分別測量三次，取平均值，數(shù)據(jù)如表5。靜態(tài)轉(zhuǎn)向力矩如圖8、圖9所示。方案三的轉(zhuǎn)向力、轉(zhuǎn)向力矩減小約13%-15%。

4.3 小結(jié)

對比方案一和方案三，方案三的硬點、相位角均優(yōu)化，其轉(zhuǎn)向力降低約35%。如表6所示。

5 結(jié)論

在汽車曲線運動中，影響轉(zhuǎn)向輕便性的因素有很多，可以從多個方面對轉(zhuǎn)向機構(gòu)進行優(yōu)化，以降低轉(zhuǎn)向操縱力。本文主要是在轉(zhuǎn)向系布置過程中，對硬點和相位角進行優(yōu)化?？紤]同一平臺車型零件借用，減小轉(zhuǎn)向軸之間的夾角，對布置硬點進行了優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化轉(zhuǎn)向相位角，降低轉(zhuǎn)向波動率。經(jīng)過實車測量，轉(zhuǎn)向力和轉(zhuǎn)向力矩降低約35%，取得良好的效果。此外，還可以進一步在實車調(diào)試過程中，對動態(tài)轉(zhuǎn)向力進行評價，從設(shè)計、制造及用戶的使用等方面分別分析影響轉(zhuǎn)向輕便性的因素，避免轉(zhuǎn)向沉重故障的發(fā)生。

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參考文獻：

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