轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)手冊

序言

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在底盤系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的地位，涉及了操縱穩(wěn)定性，NVH性能，造型和人機(jī)工程學(xué)等多個

領(lǐng)域。國內(nèi)外涉及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件開發(fā)和系統(tǒng)集成的書籍不多，而且講解不夠全面。為了提升轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計

開發(fā)能力，積累案例和經(jīng)驗。因此，科室基于在吉利汽車各項目中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)過程中，對設(shè)計，試驗，

調(diào)試和開發(fā)流程進(jìn)行總結(jié)；并借鑒了國內(nèi)外零部件和OEM的設(shè)計和開發(fā)經(jīng)驗，組織科室工程師編著此書。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要分為HPS（液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）和EPS（電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）兩種形式，本書分別對這兩種

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。首先闡述了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理及設(shè)計準(zhǔn)則，然后將系統(tǒng)目標(biāo)分解到零部

件級別。研究內(nèi)容包括：1.概述；2.結(jié)構(gòu)工作原理；3.設(shè)計準(zhǔn)則：4.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；5.試驗標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備。從理論計算分

析到實(shí)際開發(fā)的具體指標(biāo)要求，涵蓋了大量的公式、圖表和數(shù)據(jù)，最終通過設(shè)計出合格的零部件來達(dá)到轉(zhuǎn)向系

統(tǒng)的要求。

本書在選擇典型實(shí)例時，基本采用吉利產(chǎn)品研發(fā)中的實(shí)例，同時對標(biāo)行業(yè)優(yōu)秀產(chǎn)品，具有代表性和實(shí)際價

值。

由于電子技術(shù)在汽車上應(yīng)用的快速發(fā)展，本手冊在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和新技術(shù)方面也做了相應(yīng)的介紹，

包括可變傳動比、線控轉(zhuǎn)向、車道保持輔助、自動泊車、主動轉(zhuǎn)向等一系列新技術(shù)。除新技術(shù)外，本手冊還從開

發(fā)流程和性能開發(fā)兩個方面分別對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)體系進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

手冊的附錄包含：設(shè)計問題匯總，國內(nèi)外零部件和OEM的設(shè)計資料清單有利于工程師在產(chǎn)品開發(fā)時有依可

循，對曾經(jīng)出現(xiàn)過的問題進(jìn)行規(guī)避。

本書名詞術(shù)語和計量單位符合行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)，并且做到了文字準(zhǔn)確、簡練、流程，圖表正確，文圖配合恰

當(dāng)，內(nèi)容闡述條理清晰，循序漸進(jìn)，理論與實(shí)踐兼?zhèn)?，適合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工程師學(xué)習(xí)。

承蒙吉利研究院底盤開發(fā)部各科室的大力支持和幫助，并提供了有關(guān)圖紙和資料，謹(jǐn)此致謝。

編者

2014年1月

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

第一章液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

1.1基本理論

1.1.1概述

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)向盤及相關(guān)的轉(zhuǎn)向傳動、執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向，這就是

汽車最基本的轉(zhuǎn)向功能。其次是憑借轉(zhuǎn)向盤的力的反饋，將整車及輪胎的運(yùn)動、受力狀況反饋紿駕駛員，這就是

我們通常所說的路感。這種反饋也是駕駛員感覺、檢測軍輛運(yùn)動狀態(tài)的重要途徑之是評價車輛操控性能的

評價指標(biāo)之一。這里所說的方向盤反饋給駕駛員的力與駕駛員施加給方向盤的力是一對作用力與反作用力，它

們大小相等，方向相反。過于追求轉(zhuǎn)向力的輕便必定會以犧牲部分路感為代價的。

1.1.2結(jié)構(gòu)及工作原理

1）結(jié)構(gòu)

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1.1?包括動力轉(zhuǎn)向器帶橫拉桿總成，動力轉(zhuǎn)向油泵，動力轉(zhuǎn)向油壺，動力轉(zhuǎn)向

高低壓油管，轉(zhuǎn)向管柱及中間軸總成等.

圖1.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

2）工作原理

發(fā)動機(jī)帶動動力轉(zhuǎn)向油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，油泵從油壺中吸取轉(zhuǎn)向液并在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中排入動力轉(zhuǎn)向高壓油管，從而

進(jìn)入轉(zhuǎn)向器閥體。當(dāng)方向盤不轉(zhuǎn)動，油液將直接流出轉(zhuǎn)向器閥體，流入動力轉(zhuǎn)向低壓油管，最后進(jìn)入動力轉(zhuǎn)向油

壺，從而形成循環(huán)。當(dāng)方向盤向右轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)閥打開，油液從轉(zhuǎn)向器的左側(cè)油管進(jìn)入油缸推動活塞向右側(cè)運(yùn)動，

右側(cè)油缸的油液右側(cè)油缸流出從右側(cè)油管流入轉(zhuǎn)閥，經(jīng)由動力轉(zhuǎn)向低壓油管進(jìn)入轉(zhuǎn)向油壺。

1.1.3設(shè)計準(zhǔn)則

1、轉(zhuǎn)向梯形斷開點(diǎn)定義

在汽車轉(zhuǎn)向桿系與懸架的匹配設(shè)計中主要考慮：①使內(nèi)外輪有足夠大的轉(zhuǎn)角來達(dá)到整車最小轉(zhuǎn)彎半徑的要

求；②當(dāng)車輪上、下跳動（懸架壓縮，伸張）時由轉(zhuǎn)向桿系與懸架的運(yùn)動干涉所引起的車輪前束角變化盡可能

??；③汽午轉(zhuǎn)向行駛、午身發(fā)生側(cè)傾時，由上述兩種機(jī)構(gòu)運(yùn)動干涉所引起的側(cè)傾轉(zhuǎn)向角（午輪前束角變化）盡

1

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

可能小或有利于不足轉(zhuǎn)向；④由懸架中橡膠元件的受力變形所引起的車輪前后移動要盡可能不引起前束角的變

化。

所以，整車轉(zhuǎn)向器橫拉桿斷開點(diǎn)的設(shè)計，需要考慮的幾個主要因素：①懸架垂直載荷與車輪跳動之間的關(guān)

系；②輪跳動與彈簧的壓縮比之間的關(guān)系；③輪跳動與減震器的行程比（實(shí)際行程與總行程的比例）之間的關(guān)

系：④車輪跳動與前束角的變化之間的關(guān)系；⑤車輪跳動與前輪距的變化之間的關(guān)系；⑥車輪跳動與外傾角

的變化之間的關(guān)系；⑦車輪跳動與整車翻滾中心高度之間的關(guān)系；⑧橫向載荷與外傾角變化之間的關(guān)系；⑨

橫向載荷與輪距（接地點(diǎn)）變化之間的關(guān)系；⑩驅(qū)動力與前束角變化之間的關(guān)系；?驅(qū)動力與輪距（車輪中

心）變化之間的關(guān)系；◎制動力與前束角變化之間的關(guān)系，見表1.1。

表1.1轉(zhuǎn)向器橫拉桿斷開點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù)

STATICVOIGHTONTHEFRONTWHEEL:475kg(designload)

TARGETSBASICSETUP

STATICTOEANGLEdeg0/-030

STATICCAMBERANGLEdeg-1-1

WHEELRATEATGROUNDmrr/kN40/6046.7

CASTERANGLEdeg45/552

CASTERTRAILmm25/3026.3

KINGPINANGLEdeg5/65

SCRUBRADIUSmm15/1820.5

ROLLCENTERHEIGHTmm40/6034

ROLLCENTERHEIGHT

mm/mm1.5/22.02

VARIATION

ANTILIFTANGLEdeg1.5/216

ANTIDIVEANGLEdeg4/645

OUT.W1EELACKERMANNAT50

%?2520

INNERWHEELANGLE

WHEELTODAMPER/SPRING

->0650.632

RATIO

RIDESTEERGRADIENTdeg/trm*100-0.2/-0.40.08

RIDECAMBERGRADIENTdegfmn*100?2.5/-2.8?0.75

STEERUNDERLATERALFORCEd阻kN■0.18/0.220

CAMBERUNDERLATERAL

deg/kN0.1/0.250.19

FORCE

STEERUNDERBRAKEFORCEdegfkN0/-015SEEDIAGRAMATPAGES

STEERUNDERDRIVINGFORCEdeg/kN0/0.05SEEDIAGRAMATPAGE8

LONGITUDINALSTIFFNESSAT

mrrVkN4/51.35

WHEELCENTER

LATERALSTIFFNESSAT

mrrVkN<1.51.05

GROUND

SUSPENSIONTRAVEL：BUMP-

mmf.e.:ALFAROMEO156:*82/-79*80/-90

REBOUND

1）平面畫圖法

在汽車采用麥弗遜獨(dú)立懸架情況下，前輪上下輪跳時，E和G點(diǎn)之間的距離要發(fā)生變化。因此，要采用不

同的方法確定轉(zhuǎn)向連桿斷開點(diǎn)的位置。

在轉(zhuǎn)向節(jié)臂較點(diǎn)U點(diǎn)在主銷軸線外側(cè)、并且略高于懸架下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的較點(diǎn)G。在這個系統(tǒng)中確定斷開

點(diǎn)T的步驟如下，見圖1.2。

（1）確定轉(zhuǎn)向節(jié)的運(yùn)動瞬時中心P1O轉(zhuǎn)向節(jié)在E點(diǎn)的絕對速度就是沿著減振器軸線的相對速度，因為在這

一點(diǎn)的牽連速度（由減振器軸線繞E點(diǎn)轉(zhuǎn)動引起）為零，所以轉(zhuǎn)向節(jié)在E點(diǎn)的瞬時運(yùn)動中心位于過E點(diǎn)所做的

2

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

與減振器軸線相垂直的直線EPi上。懸架控制臂軸線GD的延長線與EPi相交于P1點(diǎn)，其就是轉(zhuǎn)向節(jié)的瞬時運(yùn)

動中心。

(2)確定P2點(diǎn)。過G點(diǎn)做直線EP1的平行線GP2,與其與E,D連線的延長線交于P2點(diǎn)。

(3)去定角alphaoU點(diǎn)式轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向橫拉桿的欽點(diǎn)。轉(zhuǎn)向橫拉桿應(yīng)該位于U,P1點(diǎn)的連線上。直線EP1

與直線UP1之間的夾角為alphao

(4)確定P3點(diǎn)。過P1做一條直線P1P3,使其余直線P1P2的夾角為alpha；P1P3與U、G連線的延長線交

于P3。

(5)確定斷開點(diǎn)T,P3、D點(diǎn)連線的延長線與直線P1U交于T,它就是轉(zhuǎn)向拉桿的斷開點(diǎn)。

圖1.2轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)斷開點(diǎn)確定方式

如果轉(zhuǎn)向節(jié)皎點(diǎn)U在主銷軸線內(nèi)側(cè)，并且比較高。而U點(diǎn)位置越高并且其越靠近內(nèi)側(cè)，則將獲得越長的轉(zhuǎn)

向連桿UT,這將導(dǎo)致采用中央輸出式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。

5

2

》0

拱

在

算

4HOQ.5

-120-100-80-60-40-20020406080

圖1.3前束角隨前輪上下跳動的變化特性

圖1.3中給出三輛前輪驅(qū)動汽車的左前輪的前束角隨車輪上下跳動的變化曲線(測量結(jié)果)。其中具有特性

曲線1、2的汽車采用的基本上是按照前束方法確定的轉(zhuǎn)向連桿斷開點(diǎn)，其特點(diǎn)是在設(shè)計位置附近前束角隨車輪

上卜跳動而變化的斜率基本上是零，而且在整個車輪跳動范圍內(nèi)前束角的變化比較小(最大變化量一般不超過

1°)。特性曲線3不同，在其設(shè)計位置的前束角變化斜率為一個負(fù)值，即隨著車輪上跳前束角減小。而在汽車

向右轉(zhuǎn)向行駛時，左前輪為外側(cè)車輪，由于車身側(cè)傾，其相對于車身向上跳動，前束角減小有利于不足轉(zhuǎn)向。如

圖1.4,需要把斷開點(diǎn)T2布置在理想斷開點(diǎn)T以上就可以獲得曲線3那樣的前束變化特性，及當(dāng)車輪上跳時，

U點(diǎn)就會被推向外側(cè)，引起車輪的前束角變化。當(dāng)然，如果定量評價側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向。

3

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

圖1.4超干不足轉(zhuǎn)向的斷開點(diǎn)設(shè)計

轉(zhuǎn)向梯形的確定較為復(fù)雜，主要和懸架的動態(tài)特性連接非常緊密，所以在進(jìn)行轉(zhuǎn)向梯形分析的時候需要借

助與懸架的動態(tài)分析，并運(yùn)用專門的CAE動態(tài)分析軟件進(jìn)行處理。在改進(jìn)和確定轉(zhuǎn)向梯形時需要重點(diǎn)考慮以下

因素，特別是前懸架的跳動及各種路況下的姿態(tài)對前輪定位參數(shù)的影響。特別是不足轉(zhuǎn)向特性的變化需要特別

地關(guān)注。

車輪前后移動時前束角的控制

前懸架設(shè)計要求車輪能夠相對車身前后移動一定距離。為達(dá)到這個目的而采用的懸架和轉(zhuǎn)向桿系設(shè)計，其

中采用麥弗遜式懸架和齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。在圖1.5所示系統(tǒng)中，懸架下擺臂的前安裝點(diǎn)A相當(dāng)于一個被點(diǎn)，后

安裝點(diǎn)B是一個具有一定剛度的橡膠件。在驅(qū)動力Fa、制動力FR的作用下，下擺唇在B點(diǎn)處將發(fā)生一定的橫

向位移。轉(zhuǎn)向連桿和懸架下擺臂的設(shè)計應(yīng)該保證車輪在縱向力作用下只做平動，而不發(fā)生前束侑變化。

圖L5車輪前后移動時前束角的控制

2、最小轉(zhuǎn)彎半徑

汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑汽車回轉(zhuǎn)時汽車的前輪外側(cè)循圓曲線行走軌跡的半徑，見圖1.6。

圖1.6轉(zhuǎn)向內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)彎半徑

4

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

最小轉(zhuǎn)彎半徑計算方法見公式1.1

L-R()Tan(52a

+r(1.1)

sin(0Qmax-51O)

式中62a后軸中心側(cè)偏角；

山。一一前軸外輪側(cè)偏角；

r——主銷偏移距：

前軸外輪最大轉(zhuǎn)向角。

0Qmax

當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)到極限位置，汽車以最低穩(wěn)定車速轉(zhuǎn)向行駛時，外側(cè)轉(zhuǎn)向輪的中心平面在支承平面上滾過的軌

跡園半徑。它在很大程度上表征了汽車能夠通過狹窄彎曲地帶或繞過不可越過的障礙物的能力。轉(zhuǎn)彎半徑越小，

汽車的機(jī)動性能越好。

最小轉(zhuǎn)彎半徑由整車級進(jìn)行定義，而轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計，內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角和齒條行程設(shè)計時需要保證實(shí)現(xiàn)最小轉(zhuǎn)彎

半徑的目標(biāo)。

3、最大內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角的定義

當(dāng)最小轉(zhuǎn)彎半徑確定后，外輪轉(zhuǎn)角就隨之確定下來。而如何通過設(shè)計合理的轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角的關(guān)

系是至美聿要的，也是轉(zhuǎn)向悌形設(shè)計的主要指標(biāo)。內(nèi)輪轉(zhuǎn)角的大小可以盡可能的大，提高車輛的機(jī)動能力，但

是，受到造型和腳部布置的影響，內(nèi)輪轉(zhuǎn)角受到限制。內(nèi)輪轉(zhuǎn)角一定是大于外輪轉(zhuǎn)角。

內(nèi)輪轉(zhuǎn)角的大小，取決于轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)外點(diǎn)的設(shè)計和齒條行程，如果轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)外確定的條件下，內(nèi)輪轉(zhuǎn)

角至于齒條行程相關(guān)。在齒條行程的定義中可以同時考慮。

4、齒條行程的定義

齒條行程基于齒輪齒條轉(zhuǎn)向器設(shè)計的技術(shù)參數(shù)，是為實(shí)現(xiàn)內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角的關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)向橫拉桿長度及平

面布置角，轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度及平面布置角確定，懸架四輪參數(shù)確定后，即可設(shè)計齒條行程和內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系。主

要的設(shè)計輸入輸出和車型對比見表1.2。齒條行程和內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系見圖1.7。

圖L7齒條行程和內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系圖

5

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

表1.2齒條行程計算設(shè)計輸入

轉(zhuǎn)向橫拉桿TXNNL-2GC-1NL-1LG-1CE-1FE-1

轉(zhuǎn)向橫拉桿實(shí)際長度mm375.431393.31373.92393.31364.15370.78403.07

轉(zhuǎn)向橫拉桿中心位置XY平面投影夾角deg82.1385881.4182.8581.4182.9782.6383.06

轉(zhuǎn)向節(jié)臂

轉(zhuǎn)向節(jié)臂實(shí)際長度mm134.3672128.73135.63128.73120.21126.59116.85

禮向節(jié)臂中心位置XY平面投影夾角deg5.1633.150.683.152.240.722.47

轉(zhuǎn)向器

內(nèi)球較中心距mm660666.20715.00666.20592.60623.00582.56

線角傳動比mni/rev40.8446.6748.7040.8440.8442.9940.84

齒條單側(cè)行程mm75.571.0078.0071.0069.0070.2069.00

最大輪胎轉(zhuǎn)角

內(nèi)輪轉(zhuǎn)角（參考）deg4040.0040.0040.0040.0040.0040.00

外輪轉(zhuǎn)角（參考）deg33.833.8033.8033.8033.8033.8033.80

設(shè)計輸出

最大內(nèi)輪轉(zhuǎn)角deg39.8674637.6137.8737.6138.5236.1640.04

最大外輪轉(zhuǎn)角deg32.2447531.5933.2831.5933.1732.0134.21

5、有效轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度

轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度是轉(zhuǎn)向橫拉桿外球頭中心點(diǎn)到懸架主銷軸線佗垂直距離，是懸架系統(tǒng)力矩作用到轉(zhuǎn)向梯形上

的力臂。車輪在轉(zhuǎn)動過程中，由于轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向橫拉桿角度的變化，力臂會發(fā)生變化，變化的力臂成為有效轉(zhuǎn)

向節(jié)臂長度，見圖1.8。

轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度的相關(guān)參數(shù)包括轉(zhuǎn)向拉桿的長度，平面布置角度，轉(zhuǎn)向節(jié)臂的長度和布置角度，以及轉(zhuǎn)向器內(nèi)

球頭點(diǎn)的距離，齒條行程。具體計算結(jié)果見表1.3。有效轉(zhuǎn)向節(jié)臂與齒條行程的關(guān)系見圖1.9,轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向

橫拉桿的夾角見圖LlOo

H1.x轉(zhuǎn)向拉桿和轉(zhuǎn)向吊臂變化平面圖1^11.9々效轉(zhuǎn)向節(jié)智長度與齒條仃程的關(guān)系

6

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

定9

口

一

90

阜(

S

叵

e一

唧p

)

一

丁

也

能

儂L

滬T—39-11C-

叵

-880-302070120

卿

齒條行程（mm）

圖1.10轉(zhuǎn)向節(jié)售與轉(zhuǎn)向橫拉桿夾角和齒條行程的關(guān)系

表13轉(zhuǎn)向節(jié)臂與拉桿計算結(jié)果

轉(zhuǎn)向橫拉桿單位TXNNL-2GC-1NL-1LG-1CE1FE-I

轉(zhuǎn)向橫拉桿實(shí)際長度min375.43393.31373.92393.31364.15370.78403.07

轉(zhuǎn)向橫拉桿中心位置XY平面投影

deg82.1481.4182.8581.4182.9782.6383.06

夾角

轉(zhuǎn)向節(jié)臂

轉(zhuǎn)向節(jié)臂實(shí)際長度mm134.37128.73135.63128.73120.21126.59116.85

轉(zhuǎn)向節(jié)臂中心位置XY平面投影夾

deg5.1633.150.683.152.240.722.47

珀

轉(zhuǎn)向器

內(nèi)球較中心距min660666.20715.00666.20592.60623.00582.56

線角傳動比mm/rev40.8446.6748.7040.8440.8442.9940.84

齒條單側(cè)行程mm75.571.0078.0071.0069.0070.2069.00

設(shè)計輸出TXNNL-2GC-1NL-1LG-1CE-1FE-1

最小拉桿和節(jié)臂夾角deg31.0736.0539.7136.0537.5841.7836.14

6、駐車狀態(tài)卜.橫拉桿和齒條力的定義

駢車齒條力是指車輛在干燥瀝青或水源路而駢車,轉(zhuǎn)動方向母過程中，由干車輪與他面摩擦以及懸架白回

正特性產(chǎn)生的力矩左右到齒條上的結(jié)果。齒條力是用于設(shè)計轉(zhuǎn)向器和助力系統(tǒng)的重要前提條件，

在車輛轉(zhuǎn)向過程中，車輛會受到側(cè)向力和垂向力矩的作用，見圖1.11，在駐車情況下側(cè)向力為零。所以，原

地駐車力矩就可以通過公式計算出來。

7

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

圖1.11車輪受力分析

2

3(4戶(1.2)

P——輪胎氣壓；F一一垂直載荷；R——輪胎接地面積；M一一摩擦力矩；u一一摩擦系數(shù)；

齒條力與原地駐車力矩的就是對有效轉(zhuǎn)向節(jié)臂的比。所以，齒條行程和齒條力的關(guān)系如圖L12所示，齒條

力和轉(zhuǎn)向橫拉桿的關(guān)系如圖1.13所示。

圖1.12齒條行程與齒條力的關(guān)系

圖1.13齒條行程與轉(zhuǎn)向橫拉桿力的關(guān)系

8

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

1.2機(jī)械轉(zhuǎn)向管柱及中間軸總成

1.2.1概述

機(jī)械轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向管柱總成、中間軸總成是實(shí)現(xiàn)駕駛員意圖的傳究機(jī)構(gòu)，要求操縱精確和輕便。而且在碰撞中起

到吸收碰撞能量的作用，同時也搭載了很多的電子操控裝置，如換檔機(jī)構(gòu)，大燈開啟裝置，雨刷操縱柄防盜裝置

等等。具體見圖1.14。

此M功熊電子幼魚

□實(shí)觀%氣”向u號

□若制變埴換椅□執(zhí)什幃向燈

□執(zhí)行機(jī)械安全防溫□執(zhí)行機(jī)追住秒指辛

□提供人機(jī)調(diào)節(jié)□執(zhí)行電隆瞥&

1n方成制動燈拄制電

□朱員偎護(hù)LJ流

n隔空底盤和林句系

U%橇動□似竹崎抬的回

□造里X財□執(zhí)行塔航技制

□生也沖同用幾□安裝住引依制開關(guān)

□提供讓本位X信號

n與4我費(fèi)輸人文互

U（傳感

圖1.14功能定義

1.2.2結(jié)構(gòu)及工作原理

1.2.2.1調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)向管柱帶中間軸總成是連接轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)。它基本上有兩部分組成：一部分是轉(zhuǎn)向管柱總

成，另一部分是中間軸總成。它們的作用是將作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力傳遞給轉(zhuǎn)向機(jī)，并將轉(zhuǎn)向輪受到的力和沖

擊回傳到轉(zhuǎn)向盤使駕駛員能夠感知路面情況，對車輛采取正確控制。從結(jié)構(gòu)方面可以分為可調(diào)轉(zhuǎn)向管柱和不可

調(diào)轉(zhuǎn)向管柱，見圖1.15：下面著重從功能定義，布置、安全性、舒適性等四個方面說明轉(zhuǎn)向管柱帶中間軸總成的

設(shè)計要求，供應(yīng)商情況見表1.4。

圖1.15轉(zhuǎn)向管柱及中間軸總成正調(diào)結(jié)構(gòu)形式

9

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

表1.4供應(yīng)商資源情況（中間軸總成）

供應(yīng)商注塑不可滑動式包塑滑動式新型滑動式減震式

NEXTEERJVVV

MANDOJVJJ

TRWJJ

蒂森克虜伯JVV?J

江蘇南陽J■JJ

MOBIS■JJJJ

JTEKTJJJJ

綿陽三力JV一/J

浙江萬達(dá)J■J■J

上海優(yōu)立昂JJJ

荊州恒隆JVV

1.222潰縮結(jié)構(gòu)

據(jù)統(tǒng)計，在美國吸能式轉(zhuǎn)向管柱是所用車輛最有效挽救生命的技術(shù)之一。在美國，吸能轉(zhuǎn)向管柱每年幫助挽

救超過2500個生命。聯(lián)邦車輛安全標(biāo)準(zhǔn)和其他安全技術(shù)挽救生命統(tǒng)"，1960~2002年。見圖1.16。

2M21960toM02

^11570168.524

a/

s

d

e

p2.65753,017<

e

p

u

g

A139828.902

s

-

q

e

u93021.N3

2

c:994UTO

.K2

b

s

q

B538口電

6A

首

1473121眄

24.505326.371

管柱潰縮分為外潰縮和內(nèi)潰縮：外潰縮是指在碰撞中整個管柱向前移動；內(nèi)潰縮是指管柱在內(nèi)部移動，管柱

的下部分保持不動，見圖1.17潰縮結(jié)構(gòu)形式。

A1LMM

f上

After

，斗&愴恒候訊是“的才*宗角

圖1.17潰縮結(jié)構(gòu)形式

10

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

1）可變形彎曲的支架吸能機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特征：具有特定幾何結(jié)構(gòu)、材料厚度及材料特性的下安裝支架。在安全

碰撞中可以變形，以確保管柱按受控的方式壓潰。優(yōu)勢：可預(yù)測的吸能機(jī)構(gòu)。設(shè)計過程中可調(diào)整。可避免壓潰時

受彎矩的影響如果使用雙支架設(shè)計，可能使壓潰力在壓潰過程中逐漸增加。LG系列車型應(yīng)用，見圖1.18。

圖1,18可變形彎曲支架吸能結(jié)構(gòu)

2）可調(diào)式S型吸能鋼帶設(shè)計：在碰撞過程中，吸能鋼帶會被拉動，沿著固定的作用表面變形，從而產(chǎn)生一

個恒定的抗力。不用改變安裝環(huán)境就能輕易地調(diào)整管柱的奪潰力，以滿足系統(tǒng)的要求?？梢酝ㄟ^對吸能鋼帶的

調(diào)整來滿足歐洲、北美以及中國的各種碰撞試驗要求（NCAP）。NL系列車型應(yīng)用見圖.

圖1.19可調(diào)式S型吸能綱帶

3）球襯套吸能：結(jié)構(gòu)特征：4（）顆鋼球組成的球軸承通過壓配壓入兩鋼管中。壓入力與安全碰撞的壓潰力基

本相等。優(yōu)勢：可預(yù)測的，可調(diào)配的吸能機(jī)構(gòu)。通常不需要更改工裝模具。價廉的大批量生產(chǎn)工裝。唯一能100%

保證大批量生產(chǎn)質(zhì)量的吸能機(jī)構(gòu)。目前無車型應(yīng)用。見圖1.20。

管林杰湖前：

圖1.20球襯套式吸能

4）釋放式滑塊：結(jié)構(gòu)特征：通過注塑孔使滑塊的與管柱支架連接，碰撞過程中注塑銷的斷裂力和滑塊摩擦

力提供一級緩沖力，之后管柱套管中塑料連接位置斷裂，產(chǎn)生二級緩沖力。優(yōu)缺點(diǎn)：成本低，滑塊一致性難控

11

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

制，碰撞中以產(chǎn)生彎矩，滑塊無法正常脫落。GC、FE、FC、HL、NL等系列車型應(yīng)用，見圖1.21。

圖1.21釋放式滑塊

5）DIT結(jié)構(gòu)夾緊力與手柄位置的響度獨(dú)立消除了點(diǎn)對點(diǎn)的嚙合接觸。與支架的雙向嚙合，改進(jìn)了壓潰過程

中的穩(wěn)定性，從而改進(jìn)了碰撞性能。見圖1.22。

圖1.22DIT結(jié)構(gòu)

1.2.2.3供應(yīng)商資源

潰縮結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向管柱總成供應(yīng)商資源見表1.5。

表1.5供應(yīng)商資源情況（轉(zhuǎn)向管柱總成）

供應(yīng)商角度角度和高度電動調(diào)可變形支吸能鋼帶/球襯釋放式滑是否體系

調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)節(jié)架鋼絲套塊內(nèi)

1

.1

NEXTEERVVVVV

MANDO■JV,JJJVV

J

//

TRW■JVV

1

帝森克虜伯■JVVVV

1

I

江蘇南陽VVJVV

J

I

MOBIS■JVVVVJV

J

I

JTEKTVVJV

/

綿陽三力VVV

1

f4

浙江萬達(dá)VV

1

f

上海優(yōu)立昂