某乘用车转向柱助力式转向系统设计

摘  要

汽车电动助力转向是一种由电动机提供的由ECU实时调节与控制助力大小的汽车助力转向技术。将其运用在汽车的转向系统中，可大大改善汽车的转向性能；根据车速提供不同大小的转向助力，减轻泊车与低速行驶时的操纵力，提高高速行驶时的转向特性和主动安全性能。良好的EPS控制策略还可以使转向系统的相应更加迅速，为设计性能优异的助力转向系统提供了可能。

本文以奇瑞QQ乘用车为研究对象，最总目的是设计出一套性能优异的乘用车转向系统。首先运用了汽车设计和机械设计的相关知识，选取合理的传动方式和整体布置方式，对汽车转向系统其他的参数进行设计，利用三维建模软件建立此转向系统的三维模型；然后在此基础上对转向传动机构（主要为转向梯形）进行优化设计，以获取更好的转向性能；接着对转向节进行有限元分析，建立最终的汽车转向柱助力式转向系统的三维模型，从而完成对整个转向系统机械传动部分的设计。

本课题基于CATIA三维设计技术，将转向助力技术应用于汽车转向系统中，对汽车转向助力系统的设计开发具有一定的参考价值。

关键词：转向系统；实体设计；转向梯形优化；转向节有限元分析；

A passenger car steering system design power steeringcolumn

Abstract

Electric power steering is composed of a motor provided by the ECU real time adjustment and control of power steering technology. Its use in the car's steering, steering performance can greatly improve the car; according to the speed to provide different size of the steering, reduce parking and low speed control force, improve the steering characteristics and active safety performance when running at a high speed. The corresponding EPS good control strategy can also make the steering system more quickly, may provide for the design of high performance power steering system.

In this paper, the Chery QQ passenger car as the research object, using the knowledge of automotive design and mechanical design, reasonable selection of transmission mode and overall layout, design the turn to other parameter system of automobile, built the three dimensional model of the system using 3D modeling software; and then on the basis of the steering gear (mainly as the steering trapezium) to optimize the design, in order to obtain the steering performance better; then the finite element analysis of steering knuckle, build the ultimate vehicle steering system three-dimensional model column power steering, and finish the design of steering system of mechanical transmission parts.

The CATIA 3D design technology based on the application of technology in power steering, steering system, the steering system design and development power has a certain reference value.

Key Words：Steering column steering;  steering trapezium; entity design

目  录

摘  要

Abstract

第 1 章 绪论

1.1 本课题研究的目的和意义

1.1.1 电动助力转向技术原理简介

1.1.2 电动助力转向技术的实用价值

1.1.3 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状概述

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文主要研究内容

第 2 章 奇瑞QQ转向系统的设计

2.1 机械转向系统的结构组成

2.2 转向器的方案分析及设计

2.3齿轮齿条转向器的选择

2.3.1按照输入和输出位置选择：

2.3.2按照传动方式选择：

2.3.3按照布置方式选择：

2.4相关参数选择与计算

2.4.1车型相关参数选择与计算

2.4.2转向器参数的选择与计算

2.5齿轮齿条材料选择及强度校核

2.5.1齿轮齿条材料的选择

2.5.2齿条的强度计算

2.5.3齿轮的强度校核

第 3 章 基于MATLAB的转向梯形机构的优化设计

3.1 汽车的转向特性

3.2转向梯形几何关系的确立

3.3转向梯形的数学模型

3.3.1建立目标函数

3.3.2设计变量

3.3.3约束条件

3.4建立优化数学模型

第 4 章 转向系统建模及有限元分析

4.1利用CATIA建立传动机构三维模型

4.2利用CATIA建立操纵机构三维模型

4.3利用CATIA对转向系统总装配

4.4基于ANSYS的转向节有限元分析

4.4.1分析前的处理

4.4.2工况分析

结论

致  谢

参考文献

第 1 章 绪论

1.1 本课题研究的目的和意义

随着国民经济的高速发展，人民生活水平的提高，乘用车成为人们较为普遍的重要交通工具，汽车转向系统的功用是保证汽车能按照驾驶员的意愿稳定、高效、安全的进行直行或转弯。

对本课题研究的动力转向系统应有如下要求^[1]：

（1） 转向轮转角与转向盘转角的比例关系；

（2） “路感”良好，即随着转向轮阻力的增大（或减小），作用在转向盘上的

手力必须增大（或减小）；

（3） 作用在转向盘上的切向力控制范围与工作条件；

（4） 转向盘在自动回正、助力失效时，机械传动仍能正常工作；

本文采用转向柱电动助力技术，对转向机构中的转向梯形以及转向节进行分析优化，旨在获得更好的转向驾驶过程中的操纵稳定性与安全性。

1.1.1 电动助力转向技术原理简介

电动助力转向技术，简称EPS，是一种通过电子控制单元，对转向系统附以不同大小的转向力，从而获得更佳转向性能的技术^[2]。其工作原理如图1-1所示。电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。

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