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汽车转向系统摩擦分析与优化

摘要：汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，其功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。转向系统摩擦是转向系统中一个重要的参数，它影响着转向盘力矩对驾驶员的操纵感觉，同时对车辆回正起到一定的影响。本文分析了汽车转向系统摩擦力对转向力和回正力的影响，与此同时，对某一实车进行了转向系统摩擦优化。

???????关键词：转向系统；摩擦；转向力；回正力

???????前言

???????随着时代的进步，汽车已成为现代生活必不可少的出行工具。汽车行业逐步发展的同时，人们对驾驶感觉要求越来越高。转向系统作为影响驾驶感觉的重要部分，得到了越来越多的重视。本文主要是对转向系统中影响驾驶感觉的参数-转向系统摩擦进行分析和优化。

???????1转向系统介绍

???????1.1转向系统的类型

???????转向系统分为机械转向系统和动力转向系统。其中，完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统；借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。动力转向系统可分为液压动力转向系统和电动助力转向系统。

???????1.2机械转向系统简介

???????机械转向系统是由驾驶员的力量驱动的，所有这些都是机械的。机械转向系统由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成。

???????1.2.1转向操纵机构

???????转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成。该功能是将驾驶员的力量由方向盘传向转向器。

???????1.2.2转向器

???????转向器是将旋转运动转到直线（或近似直线）运动，同时也是转向系统中的减速装置。目前，常见的有齿轮齿条式、圆球曲柄销式、蜗杆曲柄销式、圆球齿条式、蜗轮式等。

???????1.2.3转向传动机构

???????转向传动机构的功能是转向器输出的力和运动传到转向桥两边转向节，使两边转向轮偏转，两个转向轮偏转角按一定关系改变，以确保车轮在汽车方向盘和地面的相对滑动尽可能小。

???????1.3动力转向系统简介

???????当转向轴载荷较小时，汽车转向系统使用机械转向装置可以实现顺利转向，当转向轴载荷较大时，仅仅依靠驾驶员的身体力量作为动力就难以转向。动力转向系统是在机械转向系统的基础上形成的，即在机械转向系统上增加了助力装置。采用动力转向系统的汽车转向所需的能量，在正常情况下，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机驱动的油泵所提供的液压能或者助力电机提供的能量。在正常情况下，驾驶员可以很容易地控制方向盘。然而，当转向装置失效时，它会返回到机械转向系统状态，通常由驾驶员独立承担。

???????1.3.1液压式动力转向系统

???????液压动力转向系统由转向液压泵、转向油管、油箱、转向控制阀、转向动力缸等组成。当驾驶员转动方向盘时，转向控制阀会发生变化，使得高压油进入转向器的一侧，推动转向器运动，进而改变汽车的行驶方向。由于转向助力装置的作用，只需比采用机械转向系统时小得多的转向力矩，就能使转向轮偏转。

???????1.3.2电动助力动力转向系统

???????电动助力动力转向系统简称电动式EPS或EPS，其在机械转向机构的基础上，增加了信号传感器、电子控制单元和转向助力机构。电动式EPS是利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等因素，由电子控制单元完成助力控制，其原理可概括如下：当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断地测出转向轴上的转矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转动方向，调整转向辅助动力的大小。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。

???????2转向机构运动原理

???????转向机构的简化模型如图1所示，连杆2与汽车方向盘通过万向节连接，连杆2与连杆1之间是以一定的传动比i连接的齿轮齿条副，连杆1与连杆3之间靠转动副4连接，转动副5是连杆3与支架之间的运动副，可将转动副5看做是固定转动副。当转动方向盘时带动连杆2的转动，连杆2的转动带动连杆1平动，通过转动副4、5带动连杆3的转动，进而实现转向。

???????

??????1.连杆；2.连杆；3.连杆；

???????4.转动副；5.转动副

???????图1转向机构简化模型

???????3转向系统实车测试

???????电动助力转向系统根据扭杆的变形量由助力电机输出助力，控制转向盘扭矩可得到合适的助力。虽然助力转向系统使得驾驶员转向省力，但转向系统的摩擦力带来的主观感受不可消除，不同的系统摩擦对于不同的车影响不同，所以可以在测试中获取客观数据，调整参数后，主观评价转向力感觉是否合适。