輕卡轉向盤對中控制技術的研究與應用分析

中圖分類號：U462 收稿日期：2025-02-22 DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.05.006

Research and Application Analysis of Centering Control Technology for Light Truck Steering Wheel

Hong GuanghuiLu Gaojian Peng Zhenwen Li Pengduo Li Ran Dongfeng Motor Corporation Product Research and Development Institute，Wuhan 43oo50，Chin：

Abstract：Thesteringmechanismofalighttruckisassembledfromcomponentssuchasthesteeringgear，steringrod，frontaxle jointarm，andsteringtransmissionshaft.esiedeviationandistalltiondviationaveanimpactandtereayalsoesoedeviationintheangleofthesteeringwelwhenthevehicleisinastraightposiion.Tisarticledeeplyanalyestheinfluencemeansm ofvarioufactors，xpoundstheadvantagesanddisadvantagesofsveralcommonlyusedsteeringwelcenteringmethods，andfinaly proposes thatdifferentialadjustmentassemblycaneectivelysolveteproblemofexcessvesteringheelcenteringdeviatiobydesigning different numbers of teeth on the upper and lower splines of the steering transmission shaft.

Keywords：Steingecentering;Steingedeflecion;Dierentialadjustmentofupperandlowerspineteeth;Applicationanalysis

1前言

隨著我國經濟的高速發展和人們生活水平的持續提升，商用車用戶群體日益年輕化。年輕用戶對輕卡性能和品質的要求愈發嚴格，車輛直行時方向盤角度出現偏差，會嚴重影響用戶對產品的感知質量，不僅降低用戶體驗，還可能引發對產品質量的質疑，導致用戶提出改進要求，損害產品的品質形象[1]。

2轉向盤中位偏轉問題現象

轉向盤偏轉是指車輛在直行狀態下，轉向盤輪輻對稱中心線，相對于車體中心線偏斜的角度。車體中心線一般以儀表外廓對稱中心為參考，偏轉 ?3^° 時目視不容易感知，當偏轉達到 5^° 時有輕微感知，當偏轉量大于 5^° 時用戶會認為產品有較明顯的感知，超過 10^° 會引起強烈抱怨，因此各種工況下轉向盤偏轉角不能超過 5^° ，不同車型轉向盤模擬偏轉角度目視效果見圖1。

3轉向盤對中角度偏差問題產生機理

輕卡轉向機構，主要由轉向直拉桿總成、轉向機總成、轉向傳動裝置和轉向盤裝配而成（圖2）。轉向盤是轉向機構最后安裝擰緊的零件，轉向拉桿長度偏差、轉向機總成輸人軸和輸出軸轉向垂臂的角度相對限位偏差、轉向傳動軸兩端的花鍵相對相位偏差，以及轉向盤安裝花鍵的相位偏差，均會影響轉向盤最后的安裝角度[2]。例如轉向直拉桿長度變化時，轉向垂臂角度就會變化，通過轉向機傳動比換算放大后，轉向輸人軸會產生比較大的角度變化，由于轉向器輸入軸-轉向傳動軸-轉向盤均通過花鍵連接，所以輸入軸的角度變化直接影響轉向盤偏轉角度，轉向直拉桿長度影響角度就達 15^° 左右，以某輕卡轉向直拉桿長度制造公差對轉向盤的偏轉影響說明如下：設 B 為轉向盤偏轉角度；8為轉向拉桿的長度公差， 1.5mm;L 為轉向垂臂的長度， 185mm;i 為轉向機的速比， 17.9mm 。則 。

根據計算，某輕卡轉向轉向直拉桿長度對轉向盤的偏轉達到 16.6^° ，轉向機總成輸入軸、轉向傳動軸總成兩端的花鍵及轉向盤額花鍵制造限位誤差，會同比例影響到轉向盤的對中角度，因此在轉向機構眾多零件裝配后需要有調整環節，從而改善校正轉向盤的對中角度，使轉向盤對中角度控制在用戶感知角度 5^° 以內。

4轉向盤對中常用方案及存在問題

4.1轉向盤花鍵對中調整技術

該技術的原理：轉向盤為最后裝配的零件，首先轉向盤先預裝配，車輛直線行駛一段距離，保證車輛前輪轉角處于直行狀態，或在四輪定位設備中調整左右輪前束角度對稱位置，此時轉向盤可能存在較大的裝配偏差，脫開轉向盤，通過目視對中角度或采用對中設備來對中轉向盤，然后將轉向盤和轉向傳動軸花鍵進行對齒（花鍵凹齒和花鍵凸齒）裝配對齒過程中，一種可能情況是轉向盤和轉向傳動軸兩個零件的花鍵分別是凸齒和凹齒正對上了（最理想情況），此時可以按對中狀態安裝轉向盤并擰緊鎖緊螺母，轉向盤處于良好對中狀態。另外一種可能情況是轉向盤和轉向傳動軸兩個零件的花鍵分別是凸齒和凹齒正對上了（最差情況），此時需要在轉向盤對中情況下，調整轉向盤角度偏離中位轉動半個齒，以便兩個零件的花鍵凸齒和凹齒對上，然后將花鍵軸插人花鍵孔裝配，最后擰緊緊固螺母，如此，轉向盤花鍵對中調整完成，這種情況轉向盤對中角度偏離理想對中角度半個齒的角度。

由此可知，轉向盤對中偏差由單個花鍵齒數分度角決定，也即由花鍵齒數決定。轉向盤和轉向軸連接花鍵的齒數越多，單個花鍵齒的分度角越小，轉向盤對中精度越高，轉向盤對中偏差為單齒分度角的一半。若花鍵齒數是36齒，單齒分度角 10^° ，安裝誤差為 ?5^° ，該裝配調整方案被大部分輕卡廠商所采用。某些車型轉向盤的安裝偏差見表1。

轉向盤花鍵對中調整技術效果：由于轉向盤的對中偏差與單齒的分度角相關，因此增加轉向傳動軸和轉向盤連接花鍵的齒數是有效的方法。具體實施途徑是增大轉向軸的直徑，便于增加花鍵齒數。該方法有非常大的局限性，增加軸的直徑對轉向傳動軸產品的結構和成本造成比較大的影響。另外的途徑是在轉向軸直徑一定的情況下，減小花鍵模數，增加花鍵齒數。該方法由于花鍵齒形變小，花鍵連接強度變小，花鍵齒加工工藝也變得更加困難。目前比較經濟的花鍵齒模數是 0.5mm ，根據表1所示，采用轉向盤花鍵對中調整技術形成的轉向盤對中偏差仍然較大，接近或超出目視識別角度 5^° 的要求。

4.2轉向直拉桿長度調整技術

轉向拉桿長度調節技術原理：通過轉向直拉桿長度變化，使轉向機垂臂角度發生變化，進而轉向機輸入軸、轉向傳動軸和轉向盤角度也會發生變化，達到轉向盤對中的目的。具體實施方案是在轉向直拉桿兩端球頭座和彎管兩端的連接部位設計正反螺紋（圖3），或在拉桿總成一端的球頭座和彎管連接部位增加內外正反螺紋的調整套，轉動中間鋼管或調整螺紋套時，拉桿長度產生變化，實現轉向盤角度變化到對中狀態。

轉向盤花鍵對中調整技術效果：該方法需要擰松和固定調整機構，現場調整的難度比較大，效率低，調節結構增加拉桿的成本，調整機構的復雜性也增加零件性能和強度失效的概率。另外，拉桿長度調整后，轉向機總成垂臂初始角度發生了改變，也就是車輛在直行的狀態，轉向機總成內部機構并沒有在中位。根據轉向機內部結構設計，轉向機初始位置偏離中位后，轉向間隙會變大，摩擦特性也有所改變，而轉向機中位的摩擦和間隙特性嚴重影響車輛操穩的中位感性能。因此，該方案也存在比較大的局限性，沒有被所有輕卡車型所采用。

5轉向傳動軸上下花鍵齒差動調整技術

基于轉向盤花鍵對中技術和轉向拉桿長度調整技術分別存在轉向盤對中精度低，以及對中調整操作繁瑣、效率低的問題，現提出利用轉向傳動軸上下花鍵齒差動調整技術，來解決上述轉向盤對中技術的不足[3]。

轉向傳動軸上下花鍵齒差動調整技術是利用轉向傳動軸上下連接花鍵齒數差關系，通過轉動轉向傳動軸一定齒數來實現轉向盤對中的。

花鍵齒差動調整技術的原理是：轉向傳動軸上端和轉向盤的連接花鍵 Z₁ ，與轉向傳動軸下端轉向機連接的花鍵 Z₂ 為不同的齒數時，轉向傳動軸下端花鍵轉動一個花鍵齒裝配，轉向傳動軸上端與轉向盤也錯一個齒裝配，此時轉向盤的角度會偏轉一定角度。因為上下花鍵齒數不同，一個齒的相位角度不相同，所以轉向盤會轉動一定角度。利用該原理，當轉向傳動軸轉動齒數足夠多時，就能調整轉向盤的角度到對中位置。該方案是在4.1節轉向盤花鍵對中調整技術基礎上補充的，進一步提升轉向盤對中精度，具體示例及計算如下。

a.轉向傳動軸上端和轉向盤連接花鍵齒數與轉向傳動動軸下端和轉向機連接花鍵齒數存在齒數差，轉向傳動軸同時在轉向盤和轉向機每錯一個齒裝配時，轉向盤相對轉向機單位齒變化角為：

式中， Z₁ 為轉向傳動軸與轉向盤連接花鍵齒數; Z₂ 為轉向傳動軸與轉向機連接花鍵齒數。

b.按4.1節轉向盤花鍵齒對中實施后，轉向盤存在初始偏轉角 B （最大為單齒分度值的一半），裝配最大偏轉角情況如圖4所示。 B 的計算公式如下：

式中， B 為轉向盤對中后的偏斜角。

根據式（2），轉向傳動軸與轉向盤及轉向機需要差動調整齒數：

C=B/A

式中， C 為轉向傳動軸需要轉動調整齒數。上下齒差動調整后轉向盤的角度為：

D=|B-CA|

式中 Δ，D 為上下花鍵齒差動調整后轉向盤對中殘余角。

c.表2是某輕型卡車車型轉向盤對中過程中的計算與調整步驟實例。

采用轉向傳動軸上下花鍵齒差動聯調的控制方法及效果：

a.轉向盤對中精度非常高，方案實施簡單，只需設計時保證 Z₁ 和 Z₂ 齒數差足夠小，就可以獲得高的對中精度。

b.無需增加調整機構，避免調整機構帶來的零件可靠性風險，同時也控制了成本。

c.上下花鍵角度差調整法的調整簡單，現場裝調人員容易掌握。

6結語

a.原轉向盤花鍵齒對中技術，由于受花鍵齒數量的限值，最大對中偏差為半個花鍵齒的限位角度，存在對中精度不足的問題。

b.原轉向拉桿長度調整轉向盤對中方案，其拉桿結構復雜，增加零件在性能和耐久性方面的風險點，轉向機總成工作中間初始位置發生改變，將影響整車操穩中心區的性能，同時作業現場調整拉桿工作量大。

c.現在采用轉向傳動軸上下花鍵齒差動調整，是比較有效的控制方法，中位控制精度高，趨近 0^° ，未改變轉向拉桿等零件的狀態，對零件的性能和耐久性沒有影響，無實物成本增加。

d.轉向盤對中技術未來發展方向：線控轉向在輕卡上實現后，轉向盤和轉向執行機構可機械解耦，因此無需機械對中操作，只需要通過信號識別轉向盤中間位置即可。

參考文獻：

[1]李志剛.轉向盤對中誤差對駕駛員路感的影響分析[J].機械工程學報，2021，57（3）：1-8.

[2]陳家瑞.汽車構造（下冊）M].北京：機械工業出版社，2018.

[3]張偉.基于ADAMS的轉向盤對中參數優化設計[J].汽車技術，2020，41（7）：12-17.

作者簡介：

洪光輝，男，1972年生，正高級工程師，研究方向為輕型商用車行走系統結構、性能設計。