汽车转向系统布置指南

整车技术部设计指南16第2章转向系统布置2.1 简述汽车转向系是用来保持或者改变汽车行使方向的机构，在汽车转向行使时，还要保证各转向轮之间有协调的转角关系。驾驶员通过操纵转向系统，使汽车保持在直线或转弯运动状态，或者使上述两种运动状态相互转换。2.2 汽车转向系统的基本形式和特征2.2.1 转向系的基本形式可根据转向轮、转向器、转向杆系布置以及动力转向能源进行分类。表 2.12.2.2 电动转向系统电动转向系统直接利用电动机完成转向助力功能，它由转矩传感器、车速传感器、控制器、电动机、电磁离合器和减速机构等组成。整车技术部设计指南17根据电动机布置的位置分为转向轴助力式、齿轮助力式、单独助力式及齿条助力式四种形式。a)转向轴助力式该电动转向系统的电动机固定在转向轴一侧，由离合器与转向轴相连接，直接驱动转向轴助力转向。如下图中所示。b)齿轮助力式该电动转向系统的电动机和离合器与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。整车技术部设计指南18c)单独助力式该电动转向系统的电动机和离合器固定在齿轮齿条转向器的小齿轮相对另一侧，单独驱动齿条助力实现转向动作。d)齿条助力式该电动转向系统的电动机和与齿条为一体，电动机转动带动循环球螺母转动，使齿条螺杆产生轴向位移，直接起助力转向作用。整车技术部设计指南192.2.3 液压式助力转向系统的结构组成液压式助力转向系统由：转向机、转向管柱、动力转向储液罐、转向泵、以及转向管路等几部分组成。储液罐转向泵转向管柱转向机转向管路图 2.12.3、布置设计应满足的基本要求1）应满足整车最小转弯半径要求。2）传动效率高，力矩波动小。3）在发生碰撞的过程中能尽量保护乘员安全。2.4、布置设计过程2.4.1 转向梯形的确定一般而言，在平台沿用的基础上，转向机构转向直拉杆内点 B、C 的位置，直拉杆外点 A、D 的位置，优先考虑的是沿用原有平台车型的相关数据。如下图 2.2 中所示。整车技术部设计指南20图 2.22.4.2 前轴内外转向轮的最大转角确定在确定转向系统传动比之前，需要给定两个输入条件，他们分别是：a)方向盘整个转角范围。b)转向机齿条的行程。一般而言，方向盘的转角范围的大小直接关系到人机工程方面，通常情况下推荐如下的转角范围：3.0 圈3.5 圈之间，比较常见的是 3.2 圈左右。转向机齿条的行程由转向梯形以及转向轮的内外侧车轮最大转角来确定，一般齿条的总行程在 150mm 左右，因此必须首先确定转向轮内外侧车轮的最大转角，下图中表示了计算内外侧车轮最大转角需要的参数。图 2.3整车技术部设计指南21相关输入数据：表 2.2整车前轴内外转向轮最大转角的计算：一般而言，无论选择哪一种转向梯形方案，必须在正确选择转向梯形参数的同时，做到汽车转弯行使时，保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行使，使在不同圆周上运动的车轮，做无滑动的纯滚动运动。两轴汽车以低速转弯行使，可忽略离心力的影响，假设轮胎是刚性的，忽略轮胎侧偏影响的时候，此时若各车轮绕同一瞬时转向中心进行转弯行使，则两转向前轮轴线的延长线，交在后轴延长线上，如图 2.4 所示。内侧车轮的最大转角为：公式（一）2.4.3 确定转向机输出轴线的位置,中间轴两端万象节中心位置方向盘输入轴管柱的长度一般而言，在平台沿用的基础上优先考虑新开发车型的转向机输入轴轴线的位置沿用原车型,下面是确定相关参数的步骤。a、平台沿用的基础上优先考虑新开发车型的转向机输入轴轴线的位置沿用原车型。b、根据相关经验值初步确定中间轴两端万向节中心坐标。c、根据方向盘中心位置初步确定方向盘输入轴芯轴端点坐标。d、从力矩波动的角度检查中间轴万向节中心布置位置的合理性。相关关键参数的初步确定：下面是相关关键尺寸的描述以及经验值。前轴两主销轴线与地面交点间距离K整车轴距L整车最小转弯半径要求Rmin前轴两主销轴线接地点与车轮中平面接地线的最小距离r数值整车技术部设计指南22表 2.3注：从减小力矩波动的角度考虑一般要求：|1-2|3.3，相关尺寸表示如下图中示例。图 2.4输入轴与中间轴夹角输出轴与中间轴夹角输入轴与整车 XY 平面夹角输入轴与整车 XZ 平面夹角管柱芯轴端部与安全气囊激发器最小间隙转向机输入轴长度相关代号12xyxzL1L3经验值=30=3030=1.520mm-25mm190 左右整车技术部设计指南图 2.5中间轴万向节中心布置位置的合理性计算检查：通常情况下，转向管柱连接机构采用十字轴万向节，如下图中所示。图 2.623相关角度定义：整车技术部设计指南24:中间轴相位角，定义为中间轴主动叉所在平面（图中 L2 线所代表位置）沿顺时针方向旋转到中间轴被动叉所在平面（图中 L1 线所在位置）所旋转的角度。图 2.7：输入轴和中间轴所在平面与中间轴和输出轴所在平面的夹角。：输入轴转角，也即方向盘转角。T2：输出转矩T1：输入转矩两万向节等效角度e=(12-22cos2(2(+)2+24sin2(2(+)1/4 力矩波动T2/T1（(1sin2ecos2)/cose） 通常情况下：0.97=T2/T1=20mm图 2.8馈缩后转向管柱中间轴与踏板机构最小间隙D2=5mm2馈缩后转向管柱输入端万向节点1由图中的 1 点移动到 2 点位置图 2.9整车技术部设计指南26上图中 1 点为设计设计状态（还未馈缩时输入轴万向节中心位置），2 点为方向管柱被压馈后输入轴万向节中心沿方向管柱轴线运动到的极限位置。2.4.5 转向管柱的人机工程组合开关护罩如左图中所示，转向管柱调节手柄伸出组合开关护罩的外面，这样是不合理F的，一般要求组合开关护罩罩住整个调节机构，同时从人机工程学的角度考虑，组合开关护罩距离人体小腿膝部间隙 F=60mm调节手柄图 2.102.4.6 转向管柱的固定如左图中所示，转向管柱固定于仪表板横梁上，一般由四点固定。考虑到方向管柱的振动，一般而言，四点平均分布在管粱的两侧比较好，这样固定比较牢固，同时不会形成悬臂梁，可以减小方向管柱的振动。图 2.11整车技术部设计指南272.4.7 动力转向储液罐的布置布置要求：a)要求吸油胶管与动力转向储液罐连接端的管口尽量高于动力转向泵的管口。动 力转 向泵 吸油 胶管口转向储液罐管口图 2.12b)要求动力转向储液罐的布置位置易于进行动力转向管路布置和动力转向液的加注。动力转向储液罐动力转向泵吸油胶管图 2.13整车技术部设计指南28从上图中可以看出动力转向储液罐距离动力转向泵较近，这样布置吸油胶管比较方便。下图中是动力转向加注枪的数据相关尺寸。图 2.14从上图中可以看出在加注的过程中加注枪体有 42mm 的长度是伸入到动力转向储液罐内部的，在考察动力转向储液罐的布置位置是否满足加注空间要求时必须先将加注枪按照要求装配到加注的位置，然后看加注枪体是否与周围件存在干涉现象，如果不存在干涉现象，一般要求加注枪与周围件的间隙 D=30mm.D图 2.15整车技术部设计指南c )要考虑动力转向储液罐与周围件的间隙，以及转向储液安装和拆卸的方便性。SECTION 1-1SECTION 2-2图 2.1629整车技术部设计指南30图 2.17相对运动件的间隙要求：如 SECTION 1-1 中 D1=25mm相对静止件的间隙要求：如 SECTION 1-1 中 D2=8mm与机舱盖的间隙要求：如 SECTION 2-2 中 D4=70mm与大灯的间隙要求：如果动力转向储液壶布置在大灯的后部，考虑大灯更换灯泡的可行性，需要留出的一定的空间如 SECTION 2-2 中 D3=60mm常见的动力转向储液罐的安装固定形式：d )通过螺栓固定与车身。如左图中所示红色区域部分为动力转向壶的固定点，这种固定方式固定牢固，但需要考虑足够的工具操作空间，同时要考虑安装和拆卸的方便性。图 2.18e)通过插拔的形式固定图 2.192.4.8 动力转向管路的布置整车技术部设计指南如左图中所示，动力转向储液罐直接插入车身上的焊接支架来固定，这种固定方式简单，安装和拆卸都比较方便。动力转向软管（含带消声作用）31回油胶管吸油胶管连接胶管动力转向硬管（冷却油管）图 2.20整车技术部设计指南32表 2.4布置要求：a)与周围件的间隙要求硬管与车身板金间隙要求：D5=5mm硬管或软管与相对运动件的间隙要求：D6=25mm硬管或软管与相对静止件的间隙要求：D7=10mm硬管或软管与热源（三元催化）间隙要求：D8=60mm(要求管路上包裹相关隔热材料)如左图中所示，转向管路与三元催化的间隙为 65mm,同时此段管路需要考虑包裹隔热材料。图 2.21直径长度作用硬管10mm根据需要确定散热和传输转向液软管（含消声）20mm=500mm消声连接胶管17mm=170mm连接两段硬管，方便安装和拆卸同时隔离振动吸油胶管29mm=350mm连接动力转向泵和转向储液壶,同时隔离来自发动机振动回油胶管16.5mm=200mm连接硬管和动力转向壶b)安装固定要求整车技术部设计指南33Point 5此段管路为油冷管路，一般布置于冷Point 4凝器的前部Point 3Point 2Point 1图 2.22如上图中所示的动力转向管路由 5 个点固定其中 point 1 一般直接布置在转向机上，而 point 2 point 3 两点一般布置于车身或者是其他相对车身静止件上，而前面的一段管路（如果是要求有油冷）则此段管路一般布置于车身的前面进风口后部冷凝器的前面，同时在冷凝器上焊接支架做两个固定点，如上图中所示。从安装拆卸方便性的角度来考虑，一般要求：安装固定点的位置必须给出工具操作空间，否则管路的安装和固定都存在问题。底视图整车技术部设计指南34图中四点必须保证直径22mm,长 100mm 套筒操作空间。同时如果是固定点布置于板金上，必须考虑在板金上是否有可以冲出一个直径 30mm 的平面的空间。图 2.23