汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘 要：隨著我國(guó)國(guó)民生活水平的提高，越來(lái)越多的人會(huì)選擇汽車(chē)作為交通工具，所以對(duì)汽車(chē)中的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是當(dāng)前提高汽車(chē)使用性能以及確保人們出行安全的重要措施。由于我國(guó)的交通道路較為復(fù)雜，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠在一定程度上影響汽車(chē)的安全性能，因此必須對(duì)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這就需要明確汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，從而針對(duì)這些問(wèn)題，采取相應(yīng)的解決措施?；诖?，本文分析了轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)和方向盤(pán)減振的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē);轉(zhuǎn)向系統(tǒng);結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

在汽車(chē)的使用過(guò)程中，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)起到了非常重要的作用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅可以根據(jù)駕駛員的意圖，控制汽車(chē)的具體行車(chē)方向，還決定了車(chē)輛底盤(pán)的使用性能，所以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性可以在一定程度上影響汽車(chē)的穩(wěn)定性和可操作性。如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題，不僅會(huì)導(dǎo)致司機(jī)的指令無(wú)法得到及時(shí)操作，還會(huì)導(dǎo)致安全事故，因此對(duì)于汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，促進(jìn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性能和安全性能，是現(xiàn)階段汽車(chē)生產(chǎn)制造企業(yè)需要關(guān)注的問(wèn)題。而汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要受到轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)以及方向盤(pán)減振設(shè)計(jì)的影響，所以針對(duì)這兩個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，能夠從整體上提高汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)用性能。

1 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

為了使汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)能夠有更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)，要了解轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)的具體組成及基本功能。當(dāng)前汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向管柱主要有兩個(gè)基本的作用，第1個(gè)作用是可以將方向盤(pán)傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行傳遞，從而確?？梢詼?zhǔn)確的將駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖傳遞給轉(zhuǎn)向機(jī)和轉(zhuǎn)向輪，第2個(gè)作用是在汽車(chē)出現(xiàn)意外事故發(fā)生碰撞的過(guò)程中，能夠保護(hù)駕駛員的人身安全，從而確保在意外發(fā)生時(shí)，降低對(duì)駕駛員造成的身體損害。同時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向管柱，還具有承上啟下的功能，它既可以連接方向盤(pán)，又可以連接轉(zhuǎn)向器，從而能夠更加準(zhǔn)確及時(shí)的將方向盤(pán)上接收到的轉(zhuǎn)向任務(wù)傳遞給轉(zhuǎn)向器。而汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向管柱的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)主要根據(jù)其裝配的關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，從而確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠發(fā)揮基本功能。轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)中主要包含9個(gè)元部件，第1個(gè)元部件為方向盤(pán)骨架，可以接收駕駛員傳遞的轉(zhuǎn)向信息，第2個(gè)結(jié)構(gòu)為變截面轉(zhuǎn)向軸，能夠保證將方向盤(pán)上的信息通過(guò)轉(zhuǎn)向軸向下傳遞，第3個(gè)結(jié)構(gòu)為變截面轉(zhuǎn)向外管柱，保護(hù)外面轉(zhuǎn)向軸，第4個(gè)為轉(zhuǎn)向管柱支架總成，通過(guò)支架可以固定轉(zhuǎn)向管柱的位置，從而使駕駛員有更舒適的駕駛位置，第5個(gè)結(jié)構(gòu)為變截面轉(zhuǎn)向內(nèi)管柱，然后通過(guò)十字萬(wàn)向節(jié)和尾端萬(wàn)向節(jié)，將所有的結(jié)構(gòu)緊密的連接在一起，第8個(gè)結(jié)構(gòu)為齒輪軸，第9個(gè)結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)向器，通過(guò)齒輪軸和轉(zhuǎn)向器完成汽車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程。在連接方式上主要是變截面轉(zhuǎn)向軸的一端從外管柱的前端輸出，然后和方向盤(pán)連接，另一端則和內(nèi)管柱的一端進(jìn)行連接。在和外管柱外部進(jìn)行連接的一端，還放置了轉(zhuǎn)向電機(jī)以及電機(jī)的控制系統(tǒng)，此部分作為轉(zhuǎn)向管柱的控制部分。由于轉(zhuǎn)向電機(jī)和其電機(jī)的控制器對(duì)于轉(zhuǎn)向管柱的影響相對(duì)較小，所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以忽略轉(zhuǎn)向電機(jī)及其控制系統(tǒng)的影響因素。在對(duì)轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：首先需要明確轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)中所包含的所有配件，并且選擇符合不同轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)的配件，按照相應(yīng)的參數(shù)和型號(hào)進(jìn)行合理的控制，其次是要確保在安裝的過(guò)程中，所有的配件能夠按照事先的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行安裝，防止由于安裝錯(cuò)誤而影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)的使用，最后是在轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，忽略了電子組件對(duì)其抖動(dòng)性能的影響，只根據(jù)裝配的關(guān)系和機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

2 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤(pán)減振的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

如果在汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，不僅會(huì)影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈敏性，還會(huì)影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以對(duì)于方向盤(pán)的減振設(shè)計(jì)也應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，現(xiàn)階段方向盤(pán)在進(jìn)行抖動(dòng)的過(guò)程中主要分為橫向抖動(dòng)和垂向抖動(dòng)，要想避免方向盤(pán)的抖動(dòng)影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用性能，必須要通過(guò)優(yōu)化方向盤(pán)的橫向振動(dòng)模態(tài)和垂向振動(dòng)模態(tài)，并且合理的控制其振動(dòng)的頻率，在本次優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中主要使用了帶有動(dòng)力吸振塊的轉(zhuǎn)向盤(pán)骨架，這種骨架可以在一定程度上降低橫向的震動(dòng)和垂向的振動(dòng)，從而使汽車(chē)在正常行駛的狀態(tài)下，進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中可以減少方向盤(pán)的震動(dòng)幅度。在方向盤(pán)減振優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中，首先要明確所根據(jù)的制動(dòng)理論，現(xiàn)階段常用的制動(dòng)理論為具有有限個(gè)自由度的線彈性系統(tǒng)，根據(jù)這個(gè)系統(tǒng)，結(jié)合達(dá)朗貝爾原理，可以推出相應(yīng)的動(dòng)力平衡方程，然后對(duì)平衡方程中的相關(guān)因素和參數(shù)進(jìn)行合理的控制，即可得出在方向盤(pán)減振系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中，所需要的已安裝減振塊的振動(dòng)頻率和未安裝減振塊的振動(dòng)頻率之間的差值，從而能夠有效的對(duì)比減振塊所起到的吸振作用。方向盤(pán)減振結(jié)構(gòu)主要包含方向盤(pán)骨架，組合開(kāi)關(guān)方向盤(pán)的外蒙皮以及安全氣囊等，其中方向盤(pán)的骨架使用了鎂鋁合金的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)向盤(pán)的三個(gè)副班上的不同位置放置了三個(gè)吸振塊，其中一個(gè)吸振塊吸收垂直方向的振動(dòng)頻率，另兩個(gè)吸震塊則吸收橫向的振動(dòng)頻率。通過(guò)三個(gè)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(zhuǎn)向盤(pán)的骨架和外蒙皮進(jìn)行裝配，最終可以實(shí)現(xiàn)方向盤(pán)的減振效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，如果在制動(dòng)的過(guò)程中汽車(chē)發(fā)生了震動(dòng)現(xiàn)象，可能會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)的安全性能受到影響，所以對(duì)轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)和方向盤(pán)的減振結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以有效的降低汽車(chē)發(fā)生的抖動(dòng)問(wèn)題，從而保證汽車(chē)的底盤(pán)結(jié)構(gòu)能夠有更加穩(wěn)定的使用性能，促進(jìn)汽車(chē)的舒適性和安全性。

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作者簡(jiǎn)介：王麗君（1991-），女，河北邯鄲人，本科，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工程師，從事汽車(chē)設(shè)計(jì)行業(yè)，主要負(fù)責(zé)底盤(pán)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面的工作及研究。