汽車轉(zhuǎn)向管柱設(shè)計概述

賈昱等

摘 要：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要系統(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)向盤上的力矩通過管柱、轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向橫拉桿等部件轉(zhuǎn)化為車輪的運動，實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的目的。目前轉(zhuǎn)向管柱的主要形式有液壓助力、電動助力。文章主要介紹轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向管柱開發(fā)策略，根據(jù)不同車型特點，提出在開發(fā)過程中應(yīng)注意的事項。

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

前言

轉(zhuǎn)向管柱是車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的重要部件。它的主要作用是通過駕駛員作用在方向盤上的扭矩，使方向盤的轉(zhuǎn)動通過轉(zhuǎn)向管柱及轉(zhuǎn)向機(jī)、橫拉桿、萬向節(jié)等部件轉(zhuǎn)化為車輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)車輛轉(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)向管柱開發(fā)策略，提出了轉(zhuǎn)向管柱特點及應(yīng)注意的事項。

1 轉(zhuǎn)向管柱開發(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，電動助力轉(zhuǎn)向EPS日趨成熟，分為轉(zhuǎn)向管柱式電動助力、齒輪軸式電動助力及齒條軸式電動助力。其中帶有助力電機(jī)的轉(zhuǎn)向管柱式電動轉(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中間軸作用在轉(zhuǎn)向機(jī)小齒上。其最大優(yōu)點是電機(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

在確定開發(fā)方向采用機(jī)械式轉(zhuǎn)向管柱后，需要確定管柱需實現(xiàn)的功能。逆向設(shè)計不但可以減短開發(fā)周期，而且可以借鑒一些成熟的經(jīng)驗。所以根據(jù)車型轉(zhuǎn)向管柱布置硬點，通過借鑒市場上己有的成熟的結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。在管柱開發(fā)中，針對多款競爭車型的產(chǎn)品進(jìn)行樣件分析，給出了分析報告，以全面了解轉(zhuǎn)向管柱所應(yīng)具有的功能（如表1所示）。

對標(biāo)桿車型管柱對比分析，調(diào)節(jié)方式有手動調(diào)節(jié)和電動調(diào)節(jié)。電動調(diào)節(jié)開發(fā)周期長，費用高。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。通過分析結(jié)果，整車布置要求以及整車競爭策略，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SUV車型，由于其車身結(jié)構(gòu)分承載式和非承載式兩種，對轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)要求來說也有差異。圖1為某非承載式SUV在滿載情況下在各種路況車身車架之間運動數(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)品在整車操穩(wěn)性、耐久性、NVH以及整車碰撞等試驗中滿足要求的重要保證。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)QC/T 649-2000以及QC/T 647-2000對轉(zhuǎn)向傳動軸和萬向節(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)及整車廠幾乎都制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)，對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

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

5 結(jié)束語

文章通過對轉(zhuǎn)向管柱開發(fā)過程進(jìn)行討論，指出了管柱開發(fā)的方向、功能特征、性能要求以及潰縮吸能要求，希望文章能對其它車輛轉(zhuǎn)向管柱的開發(fā)提供一些借鑒。當(dāng)然對于開發(fā)工作，這些只是開始，對于整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)乃至與整車的協(xié)調(diào)性，后期還要進(jìn)行詳細(xì)的評審及各種臺架試驗及整車試驗驗證，并最終確定結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

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作者簡介：賈昱，工作于長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，本科學(xué)歷，中級工程師，從事項目管理及底盤系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)研究。