转向系统力矩波动计算及仿真分析.pdf

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转向系统力矩波动计算及仿真分析马国星郑利杰王文平范成建王旭北京经纬恒润科技有限公司【摘要】阐述转向系统力矩波动的基本原理并根据某车型转向系统硬点坐标计算转向系统的力矩波动得到力矩波动最小时的中间轴十字叉相位角并通过/验证理论计算结果的有效性【关键词】转向系统万向节相位角力矩波动.:

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引言汽车转向系统包括转向盘、转向轴、转向万向节、转向传动轴、转向器输入轴、转向器、转向直拉杆、转向横拉杆等考虑到安装空间、便于拆装、提高汽车正面碰撞的安全性等因素转向轴、转向传动轴和转向器输入轴之间分别采用不等速十字万向节传动由于不等速万向节的存在那么就不可避免存在转向力矩波动问题转向力矩波动会导致产生转向力时轻时重直接影响到驾驶人对车辆驾驶的感觉从而引起驾驶人的不舒服和疲劳给驾驶带来潜在的危险转向系统力矩波动原理由于驾驶舱内空间布置有限转向系统零部件同空间布置关系相互制约只能在有限的位置上来综合考虑零部件的布置设计通常转向传动部分是由两个万向节联结而成并且各段传动轴的布置并不在同一平面内因此就需要考虑两个万向节的相位角问题如图所示为转向系统结构示意图转向轴轴线（直线）与转向传动轴轴线（直线）夹角为转向传动轴线（直线）与转向器输入轴轴线（直线）夹角为和形成的平面与和形成的平面之间的交角为（即假设平面固定不动平面绕中间轴逆时针旋转与平面重合所转过的角度观察方向从驾驶室端至转向器）图转向结构示意图转向系统的力矩波动计算计算理论及方法十字万向节从动叉与主动叉转角间的精确表达式为（）式中为主动叉转角起始面定为主动轴与从动轴轴线所在的平面为与对应从动叉转角为万向节主动中国汽车工程学会年会论文集轴与从动轴两轴线间的夹角式（）近似表达式为（）十字万向节传动有（）（）（）式中为等效夹角为两万向节相位角如图所示图相位角假设初始状态为中间轴上端十字叉和下端十字叉位于同一平面内使中间轴上端十字叉固定不动中间轴下端十字叉相对上端的十字叉逆时针转过的角度为中间轴的相位角观察方向从驾驶室端至转向器角度计算某车型转向系统硬点坐标见表表某车型转向系统硬点坐标点为管柱芯轴端面中心点为上万向节叉中心点点为下万向节叉中心点点为转向器输入轴上任意一点根据、个硬点坐标进行夹角计算计算过程如下:

（）（）计算得:

（）（）计算得:

（）（）计算得:

由公式可知当即时有最小值:

忽略管柱传动机构各处摩擦产生的影响根据瞬时功率相等条件有:

力矩波动量力矩波动量一般可接受范围在以内计算得力矩波动量在可接受范围内当万向节相位角不为时力矩波动值会随之变化具体变化趋势如图所示图波动值随万向节相位角变化曲线力矩波动仿真在/软件中根据输入、个硬点坐标建立轴、轴和轴模型在轴和轴之间添加不等速十字万向节在轴和轴之间也同样添加不等速万向节并在轴上施加一转速为/的在软件中测量和在软件中调整转向传动轴上下万向节叉的相位角为不计算系统摩擦模型如图所示转向轴和转向器输入轴的转速如图所示转向器输入轴最大转速/最小转速/波动值计算结果对比根据给定硬点坐标近似公式计算得力矩波动值/仿真得力矩波动值二者误差理论公式计算结果误差在以内说明该理论公式计算结果可信度较高中国汽车工程学会年会论文集图转向系统动力学模型图轴和轴转速结论转向力是汽车操纵稳定性评价中的一项重要指标转向系统的力矩波动对驾驶感觉产生直接影响在新车型的开发阶段转向系统的力矩波动计算分析要引起足够的重视本文对转向系统力矩波动原理进行了详细阐述并从转向系统开发实例中论证了某车型转向系统力矩波动计算分析方法参考文献陈家瑞.汽车构造.北京:

机械工业出版社王望予.汽车设计.北京:

机械工业出版社.冯振东.空间多万向节传动的转角差和当量夹角的计算.吉林工业大学学报.中国汽车工程学会年会论文集