汽车转向系统力矩波动的匹配研究

10410.16638/ki.1671-7988.2020.20.034某轿车转向传动系统的波动分析及优化杨飞1，杨钧浩2（1.成都浩野云教育科技有限公司，四川 成都 610100；2.四川建安工业有限责任公司，四川 成都 610100） 摘 要：汽车转向过程中，转向波动直接影响驾驶员操作稳定性和驾驶舒适性。

文章主要介绍了某轿车转向传动系统的建模分析相关的方法、模型的优化及仿真结果，在Adams/View 环境中通过已给硬点坐标建立转向传动系统模型，进行运动仿真、获取相关数据并分析其波动性能。

关键词：转向系统；波动分析；动力学仿真中图分类号：U463.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)20-104-03Fluctuation Analysis and Optimization of a car's Steering Transmission SystemYang Fei 1, Yang Junhao 2( 1.Chengdu Haoye Yun Education Technology Co., Ltd., Sichuan Chengdu 610100;2.Sichuan Jian'an Industry Co. Ltd., Sichuan Chengdu 610100 )Abstract: During car steering, steering fluctuations directly affect the driver's operating stability and driving comfort. This article mainly introduces the methods, optimization and simulation results of a car's steering transmission system modeling and analysis. In the Adams / View environment, the steering transmission system model is established by giving hard point coordinates to perform motion simulation, obtain relevant data and Analyze its fluctuation performance. Keywords: Steering system; Wave analysis; Dynamic simulationCLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)20-104-03前言在汽车转向过程中，转向波动直接影响着驾驶的舒适性和操作稳定性。

10.16638/ki.1671-7988.2020.23.045汽车转向系统力矩波动优化及仿真分析张吉（中国第一汽车集团有限公司研发总院，吉林长春130011）摘要：通过对转向系统力矩波动进行分析，明确转向中间轴最优相位角取值方法和力矩波动的计算方法，通过Catia 模型分析不同相位角取值对力矩波动的影响，并提出采用“等效夹角”方法进行相位角优化和力矩波动校核存在的问题，编制了力矩波动校核GUI程序，可对不同调节形式、不同调节位置及考虑相位角公差情况的计算，并通过某车型实例验证程序计算结果的准确性，对于转向力矩波动的分析优化具有实际意义。

关键词：转向系统；万向节；力矩波动；相位角；仿真中图分类号：U463.4 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2020)23-143-03Optimization and Simulation Analysis of Torque Fluctuation forAutomobile Steering SystemZhang Ji( General R&D Institute of China FAW Group Co., Ltd., Jilin Changchun 130011 )Abstract: Analyzing steering torque fluctuation for passenger car, confirming the method of optimizing steering interme -diate shaft phase angle and calculating torque fluctuation. Analyzing the torque fluctuation influence base on different phase angles by establishing Catia model. Proposing the problem that it’s not suit for optimizing phase angle and calculating torque fluctuation by equivalent angle method. Writing a GUI program which can calculate the best phase angle and torque fluctuation in many situations such as different tilt type columns, different tilt positions, considering phase angle tolerance. Checking the GUI program accuracy according to one passenger car. It has practical significance for analyzing and optimizing works of steering torque fluctuation.Keywords: Steering system; Universal joint; Phase angle; Torque fluctuation; SimulationCLC NO.: U463.4 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2020)23-143-031 前言汽车转向系统因转向轴线不在同一条直线上，故存在不等速传动的特性，当波动量超过一定数值时（一般单侧不超过5%），驾驶员便会感到方向盘“时轻时重”的不舒适感。

10.16638/ki.1671-7988.2021.04.006基于ADAMS的三十字轴万向节转向系统力矩波动优化杜满胜，郑勇（江铃汽车股份有限公司，江西南昌330052）摘要：汽车转向系统的力矩波动是影响整车操纵性的重要因素之一。

由于受到人机、布置、碰撞安全、装配等限制，转向系统的力矩波动率难于保证。

文章基于MATLAB和ADAMS软件对某车型的三十字轴万向节转向系统进行了力矩波动分析，通过对相位角的优化，降低该车型转向系统的力矩波动率，提高整车操作性能。

关键词：转向系统；三十字轴万向节；力矩波动;ADAMS中图分类号：U462.1 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)04-18-03Torque Ripple Optimization of Steering System with Three-Cross UniversalJoint Based on ADAMSDu Mansheng, Zheng Yong( Jiang Ling Motors Co., Ltd. Jiangxi Nanchang 330052 )Abstract: Torque ripple of automobile steering system is one of the important factors affecting vehicle maneuverability. Due to the limitations of man-machine, layout, collision safety and assembly, it is difficult to guarantee the torque ripple rate of steering system. In this paper, based on MATLAB and Adams software, the torque ripple of the steering system with three-Cross Universal Joint of a vehicle is analyzed. By optimizing the phase angle, the torque ripple rate of the steering system of the vehicle is reduced and the operation performance of the vehicle is improved.Keywords: Steering system; Three-Cross Universal Joint; Torque ripple; ADAMSCLC NO.: U462.1 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)04-18-03前言汽车行业伴随着人们对高品质的驾驶追求而发展迅速，汽车的操纵性能是最能被用户感知的一环，是用户评价整车品质的关键指标。

汽车动力转向系统匹配试验研究
程飞;颜尧;李玉琴;欧家福;邓飞;过学迅
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2008(030)007
【摘要】提出了汽车动力转向系统匹配试验方法,利用CATIA V5设计了系统匹配物理台架及其数据采集系统.利用模糊神经元非模型算法和NPID控制算法设计了油温控制系统和油压控制系统.结合某转向系统进行试验,结果表明:提出的试验方法合理,所设计的控制系统能很好的完成试验.
【总页数】4页(P622-625)
【作者】程飞;颜尧;李玉琴;欧家福;邓飞;过学迅
【作者单位】国家机动车质量监督检验中心(重庆),重庆,400039;国家机动车质量监督检验中心(重庆),重庆,400039;国家机动车质量监督检验中心(重庆),重庆,400039;国家机动车质量监督检验中心(重庆),重庆,400039;国家机动车质量监督检验中心(重庆),重庆,400039;武汉理工大学汽车工程学院,武汉,430070
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.汽车动力转向油罐盖滚边力计算及试验研究 [J], 谈文鑫;廖义德;郭敏;陈方;邹军军
2.汽车动力转向系统匹配性能分析 [J], 李玉琴;邓飞;颜尧;程飞;吴健
3.转向系统匹配设计的试验研究 [J], 郝汝林;陈小春
4.汽车动力转向系统匹配试验研究 [J], 焦若愚;
5.基于Cruise纯电动汽车动力系统匹配仿真 [J], 周哲义;郭世永
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汽车科技第 3期 2010年 5月转向操纵机构包括转向盘、转向轴、转向管柱。

有时为了布置方便 , 减少由于装置位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷 , 提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装 , 在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节 [1], 如图 1所示。

由于转向操纵机构包含了不等速万向节 , 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的现象 , 影响到驾驶员对转向系统的感觉 , 从而引起驾驶员的不舒服和疲劳 , 给驾驶带来潜在的危险。

因此 , 在转向系统布置过程中 , 必须考虑如何减少转向系统力矩波动。

图 1转向操纵机构 1转向力矩波动原理1.1力矩波动介绍一般地 , 转向管柱与中间轴的连接为不等速万向节 , 当对方向盘输入力矩时必然引起力矩的不等 , 为了避免力矩波动 , 需要满足 2个条件 :(1 转向管柱、中间轴和转向器输入轴中心线在一个平面内 ;(2 转向轴和中间轴的夹角与中间轴和转向器输入轴的夹角相等。

由于驾驶舱内空间布置有限 , 转向系统零部件同其它的零部件一样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 , 所以上述两个条件难以满足。

需要对转向管柱以及各个连接的铰接点进行优化设计。

转向传动部分是由 2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 , 因此需要考虑第 2个万向节的主动叉的相位角问题 , 对于由 1个十字叉万向节连接两段传动轴的传动结构来说 , 两段轴的夹角 (指所夹锐角越小传动效率越高 , 也越平顺。

因此对于多段传动轴形式的转向管柱 , 我们收稿日期 :2009-10-25 汽车转向系统力矩波动的匹配研究裴锦华 , 李明(上海同济同捷科技股份有限公司 , 上海 201206摘要 :转向力是汽车操纵稳定性评价中重要指标 , 其力矩波动直接影响着驾驶感觉 , 匹配正确的相位角能够有效地减少力矩波动。

基于MATLAB的汽车转向系统力矩波动优化作者：祝倩倩吴成平来源：《时代汽车》 2017年第19期祝倩倩1 吴成平21贵州轻工职业技术学院贵州省贵阳市 550025 2北京福田戴姆勒汽车有限公司技术中心北京市 101400摘要：阐述了转向系力矩波动原理，采用MATLAB软件对某车型转向传动的力矩波动进行优化，效果明显，可指导工程实践。

关键词：转向系；力矩波动；优化作者简介祝倩倩：（1986-），女，山东济宁人，车辆工程，硕士，教师。

1 引言在乘用车转向系统布置时，由于驾驶舱空间限制，转向管柱轴线与转向器输入轴一般不能共线，所以，为了将施加在转向盘上的力矩由转向管柱传递到转向器，在转向管柱与转向器中间设置了能够改变力矩传递方向的万向节和转向传动轴。

十字轴万向节转向传动轴因在布置空间、成本及性能上有不可替代的优势，所以在汽车应用上较为普遍。

十字轴承的不等速特性会造成传递力矩的波动，波动过大会明显影响驾驶员的手感、路感以及舒适性，甚至存在安全隐患，而合理的硬点设计、相位角度布置可以有效降低力矩波动，改善整车操纵性能，提高驾驶舒适性。

2 转向力矩波动原理2.1 单十字轴式转向传动原理单十字轴万向节传动如图1所示，其中轴I为主动轴，轴II为从动轴，轴I与轴II瞬时转速关系随传动轴运动时刻发生变化。

作如下假设：①传动轴、中间支撑均为刚性；②不计传动过程中的摩擦损失。

设主动轴I上所受扭矩为Ml，从动轴II上所受扭矩为M2，则扭矩关系可表示为：式(l)、(2)中，w1和w2别为轴I和轴II的角速度，e1为轴I的输入转角，a为轴I与轴II的夹角，如图2所示为夹角a在3°~9°范围内的单十字轴万向节传动角速度变化规律。

由图可知，若输入轴I角速度w1不变，a角度数值（轴间夹角）越大，从动轴转速速度波动越大。

2.2 转向系统传动力矩波动分析模型图3为某国内自主品牌高速电动车转向传动结构图及其机构运动简图，由上述单十字轴式单万向节不等速传动特性可知，要想转向轻便、舒适性好，需要对其转向传动轴布置进行优化设计，使其力矩波动控制在许可的范围内。

Internal Combustion Engine&Parts规律，研究表明当柴油机压缩比达到17.6时，易引起燃烧恶化，结构优化中宜控制整机压缩比不大于17.6。

③计算分析柴油机额定转速下90%、100%负荷，供油提前角对柴油机性能影响规律，当供油提前角Δφps=16.5°CA~17°CA为时刻，柴油机常用工况90%负荷下最低燃油消耗率204.1g/kWh，柴油机长期运转综合性能较合适。

参考文献:[1]周龙保，刘忠长，高宗英.内燃机学[M].三版.北京：机械工业出版社，2011，4.[2]沈颖刚.EGR对可变压缩比SI发动机燃烧及排放特性的影响[J].2014，9.[3]刘永长.内燃机热力过程模拟[M].北京：机械工业出版社，2001，12.0引言转向传动装置通常由转向管柱和中间轴组成，中间轴由两个万向十字节及滑动花键部分组成，主要用来传递驾驶员施加于方向盘上的转向力及路面通过车轮振动反馈回来的逆向力。

因乘用车驾驶室内空间布置的需要，中间轴轴线与转向管柱轴线、转向器输入轴轴线间往往存在夹角，也就不可避免的存在转向力矩波动问题，影响车辆驾驶的品质。

转向系统设计中要求转向力矩波动控制在10%以内，本文通过获取的某车型转向系统硬点坐标，对转向力矩波动进行理论分析，并根据分析结果，提出了改进方案。

1转向力矩波动1.1力矩波动说明通常情况下，转向管柱与转向中间轴大多采用不等速万向节结构，当驾驶员通过方向盘输入转向力矩时，必然会产生力矩波动。

为了避免力矩波动的生成，必需同时满足两个条件：①转向管柱、中间轴、转向器输入轴三者的中心线位于同一平面内；②转向管柱和中间轴的中心线夹角与中间轴和转向器输入轴中心线的夹角相等。

由于驾驶室内的空间布置局限，转向系统的各个零部件与周边件相互制约，只能在有限的空间里整体考虑布置方案，因此上述2个条件很难同时满足。

从转向传动机构进行优化设计，降低转向力矩波动就显得尤为重要。

基于Adams/Car汽车转向系统力矩波动优化分析作者：王海波刘红领孙礼张林波来源：《计算机辅助工程》2013年第03期摘要：详细阐述转向系统力矩波动的基本原理，并基于Adams/Car悬架系统模型进行DOE分析，找到对转向传动比波动影响最关键的因素；然后结合实际车辆，优化得到转向传动比波动最小时的相位角最佳值.在实车上对优化方案进行验证.关键词：转向系统；力矩波动；转向传动比；相位角； Adams/Car中图分类号： U463.4文献标志码： B0引言汽车转向时，转向力由方向盘、转向管柱、转向器、转向横拉杆及转向节传递到与路面接触的车轮，使车轮发生一定的转动.由于布置、碰撞安全和拆装等原因，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，其不等速的特性会导致方向盘力矩波动，影响驾驶员对转向系统的主观感觉，容易引起驾驶员的不舒服和疲劳，给驾驶带来潜在危险[1].因此，在转向系统开发时，必须将转向力矩波动控制在一定范围内.本文首先阐述转向力矩波动的原因，并分析转向力矩与转向角传动比之间的关系；然后利用Adams/Car对某车转向系统进行K&C仿真和试验验证，基于验证后的模型进行转向传动比波动DOE分析及优化，最后在实车上验证优化方案的可行性.1转向力矩波动原理1.1转向力矩波动原因分析在汽车转向系中，中间轴与输入轴、输出轴之间分别采用万向节连接.为保证转向力传输时力矩不会发生波动，必须满足以下2个条件：（1）中间轴与输入轴、输出轴的夹角α1和α2应相等；（2）输入轴、中间轴和输出轴的中心线在一个平面内[2]，见图1.5结束语应用Adams/Car对转向系统进行DOE分析，找到对转向传动比波动影响最大的因素，为转向系统的设计开发提供重要支持.针对影响最大的因素相位角进行优化，找到使转向传动比波动最小时的相位角最优值，并在实车上得到验证.参考文献：[1]裴锦华. 汽车转向系统力矩波动的匹配研究[J]. 汽车科技， 2010（3）： 48-51.[2]王望予. 汽车设计[M]. 北京：机械工业出版社， 2011.[3]MONTGOMERY D C. 试验设计与分析[M]. 6版. 北京：人民邮电出版社， 2009.[4]YANG Xiaobo， MEDEPALLI S. Sensitivities of suspension bushings on vehicle impact harshness performances[J]. SAE Paper， 2005-01-0827.[5]高新华，黄巨成. 基于代理模型的轿车转向柱力矩波动关系研究与优化[J]. 数字化设计， 2008（2-3）： 66-67.（编辑陈锋杰）。

_____________________________________________________________设计•计算•研究基于CATIA的稱甸力尧J81功张士金（安徽江淮汽车集团股份有限公司）摘要:简述了转向力矩波动计算原理，利用CATIA软件对某车型转向力矩波动进行分析,针对力矩波动超出目标值的情况对方向盘人机工程布置进行了识别，对转向系统零部件结构进行了分析，并利用CAUA软件工程优化模块进行寻优计算，确定了最优方案。

关键词:转向力矩波动人机工程CATIAAnalysis and optimization of steering torque fluctuation based on CATIA Abstract:It briefly describes the calculation principle of steering torque fluctuation,analyzes the steering torque fluctuation of a certain vehicle by using CATIA software,identifies the ergonomics arrangement of steering wheel in view of the situation that the torque fluctuation exceeds the target value,analyzes the struc­ture of steering system parts,and uses CATIA software engineering optimization module to optimize the calcu­lation,and finally determines the optimal scheme.Key word：steering,torque fluctuation,ergonomia,CATIA.0引言1转向系统力矩波动计算汽车转向过程中，驾驶员根据自己的驾驶意图转动方向盘，扭矩经方向管柱冲间轴、转向器、拉杆及转向节的传递，实现轮胎转角的调整。