汽車(chē)轉(zhuǎn)向管柱設(shè)計(jì)概述

賈昱等

摘 要：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車(chē)底盤(pán)的重要系統(tǒng)之一，其中轉(zhuǎn)向管柱是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要部件，使駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩通過(guò)管柱、轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向橫拉桿等部件轉(zhuǎn)化為車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛轉(zhuǎn)向的目的。目前轉(zhuǎn)向管柱的主要形式有液壓助力、電動(dòng)助力。文章主要介紹轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向管柱開(kāi)發(fā)策略，根據(jù)不同車(chē)型特點(diǎn)，提出在開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向管柱；液壓助力；電動(dòng)助力

前言

轉(zhuǎn)向管柱是車(chē)輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的重要部件。它的主要作用是通過(guò)駕駛員作用在方向盤(pán)上的扭矩，使方向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)向管柱及轉(zhuǎn)向機(jī)、橫拉桿、萬(wàn)向節(jié)等部件轉(zhuǎn)化為車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛轉(zhuǎn)向。隨著安全性的要求逐步提升，轉(zhuǎn)向管柱還要承擔(dān)二次碰撞中潰縮和能量吸收作用，以保護(hù)乘員的安全。文章主要介紹轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向管柱開(kāi)發(fā)策略，提出了轉(zhuǎn)向管柱特點(diǎn)及應(yīng)注意的事項(xiàng)。

1 轉(zhuǎn)向管柱開(kāi)發(fā)的方向

現(xiàn)代轉(zhuǎn)向管柱集功能與節(jié)能環(huán)保為一體。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向EPS日趨成熟，分為轉(zhuǎn)向管柱式電動(dòng)助力、齒輪軸式電動(dòng)助力及齒條軸式電動(dòng)助力。其中帶有助力電機(jī)的轉(zhuǎn)向管柱式電動(dòng)轉(zhuǎn)向模式己經(jīng)被逐步應(yīng)用，該種方式是將助力電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向管柱上，電機(jī)的助力和駕駛員操縱力矩通過(guò)中間軸作用在轉(zhuǎn)向機(jī)小齒上。其最大優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)、ECU、減速機(jī)構(gòu)等都安裝在駕駛艙內(nèi)，部件的工作環(huán)境較好。但由于所有助力都將通過(guò)轉(zhuǎn)向管柱傳遞到轉(zhuǎn)向小齒輪和齒條上，轉(zhuǎn)向管柱自身的受力較大，導(dǎo)致其助力的大小受到限制。

2 轉(zhuǎn)向管柱的功能特征

在確定開(kāi)發(fā)方向采用機(jī)械式轉(zhuǎn)向管柱后，需要確定管柱需實(shí)現(xiàn)的功能。逆向設(shè)計(jì)不但可以減短開(kāi)發(fā)周期，而且可以借鑒一些成熟的經(jīng)驗(yàn)。所以根據(jù)車(chē)型轉(zhuǎn)向管柱布置硬點(diǎn)，通過(guò)借鑒市場(chǎng)上己有的成熟的結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在管柱開(kāi)發(fā)中，針對(duì)多款競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型的產(chǎn)品進(jìn)行樣件分析，給出了分析報(bào)告，以全面了解轉(zhuǎn)向管柱所應(yīng)具有的功能（如表1所示）。

對(duì)標(biāo)桿車(chē)型管柱對(duì)比分析，調(diào)節(jié)方式有手動(dòng)調(diào)節(jié)和電動(dòng)調(diào)節(jié)。電動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，費(fèi)用高。軸向調(diào)節(jié)范圍多在±25mm范圍，角度調(diào)節(jié)在±30mm范圍。中間軸多采用可滑動(dòng)式，部分中間軸增加緩沖聯(lián)軸節(jié)等阻尼元件以提升NVH性能。通過(guò)分析結(jié)果，整車(chē)布置要求以及整車(chē)競(jìng)爭(zhēng)策略，制定出轉(zhuǎn)向管柱產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征表（如表2所示）。

另外，針對(duì)SUV車(chē)型，由于其車(chē)身結(jié)構(gòu)分承載式和非承載式兩種，對(duì)轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)要求來(lái)說(shuō)也有差異。圖1為某非承載式SUV在滿(mǎn)載情況下在各種路況車(chē)身車(chē)架之間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

3 轉(zhuǎn)向管柱性能要求

轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)及特征定義完成后，隨后對(duì)管柱的具體性能進(jìn)行確定。性能確定是保證產(chǎn)品在整車(chē)操穩(wěn)性、耐久性、NVH以及整車(chē)碰撞等試驗(yàn)中滿(mǎn)足要求的重要保證。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)QC/T 649-2000以及QC/T 647-2000對(duì)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸和萬(wàn)向節(jié)的性能要求進(jìn)行了定義。但隨著技術(shù)的發(fā)展，各生產(chǎn)企業(yè)及整車(chē)廠幾乎都制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)管柱的性能方面要求如表3所示。

4 轉(zhuǎn)向管柱的潰縮性能

隨著車(chē)輛技術(shù)進(jìn)步和高速公路的發(fā)展，對(duì)車(chē)輛安全及舒適性的要求也越來(lái)越高。根據(jù)GB 11557-2011中4.1及4.2要求執(zhí)行。幾種常見(jiàn)的管柱的潰縮吸能結(jié)構(gòu)樣式如圖2。根據(jù)GB 11557-2011 《防止汽車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員傷害的規(guī)定》分析，管柱對(duì)乘員保護(hù)可分為潰縮和吸能兩部分。在發(fā)生正面碰撞時(shí)，為減小管柱向后向上移動(dòng)，管柱必須有良好的潰縮功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向管柱開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行討論，指出了管柱開(kāi)發(fā)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(duì)其它車(chē)輛轉(zhuǎn)向管柱的開(kāi)發(fā)提供一些借鑒。當(dāng)然對(duì)于開(kāi)發(fā)工作，這些只是開(kāi)始，對(duì)于整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)乃至與整車(chē)的協(xié)調(diào)性，后期還要進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)審及各種臺(tái)架試驗(yàn)及整車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證，并最終確定結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：賈昱，工作于長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，本科學(xué)歷，中級(jí)工程師，從事項(xiàng)目管理及底盤(pán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)研究。