汽车转向系统布置指南.docx
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汽车转向系统布置指南
整车技术部设计指南
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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2.1
2.2.2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。
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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。
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c）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。
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2.2.3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2.1
2.3、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。
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图2.2
2.4.2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
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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
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表2.3
注：
从减小力矩波动的角度考虑一般要求：
|β1-β2|〈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
β1
β2
βxy
βxz
L1
L3
经验值
<=30°
<=30°
<30°
<=1.5°
20mm-25mm
190左右
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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2.6
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相关角度定义：
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Ψ:
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
α：
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。
θ：
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βe=（（β12-β22×cos2（2（α+ψ）））2+β24×
sin2（2（α+ψ）））1/4力矩波动T2/T1＝（（1－sin2βecos2θ）/cosβe）通常情况下：
0.97
〈=T2/T1<=1.03是比较合理的范围
2.4.4转向管柱与周围配合件间隙检查
一般情况下，将整个转向系统的相关关键硬点确定以后，就可以将相关硬点坐标值
提供给底盘部门，然后由底盘部门完成转向机以及转向管柱的结构设计工作，最后将设
计好的转向系统交由车型部进行下面的相关确认检查：
a）设计状态下转向管柱与踏板机构的间隙，如图2.8中所示。
b）馈缩后转向管柱与踏板机构的间隙（如果转向管柱输入端馈缩后输入端的万向节点
也跟着移动），如图2.9中所示。
c）考虑组合开关护罩与仪表板的配合间隙。
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一般而言，转向管柱分为两向可调（上下角度调节）以及四向可调（上下角度可调
以及轴向伸缩调整）两种，必须考虑到转向管柱调整到各个状态位置时组合开关护罩与
仪表板的配合间隙是否满足要求，详见内外饰布置指南-----组合开关护罩的布置。
d）考虑组合开关以及点火锁与转向管柱的配合情况，详见电器布置设计指南。
设计状态时转向管
住与踏板机构的最
小间隙D1,一般要求
D1>=20mm
图2.8
馈缩后转向管柱中间轴
与踏板机构最小间隙
D2>=5mm
2
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
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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2.10
2.4.6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
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2.4.7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2.12
b）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
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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
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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。
SECTION1-1
SECTION2-2
图2.16
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图2.17
相对运动件的间隙要求：
如SECTION1-1中D1>=25mm
相对静止件的间隙要求：
如SECTION1-1中D2>=8mm
与机舱盖的间隙要求：
如SECTION2-2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SECTION2-2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2.18
e）通过插拔的形式固定
图2.19
2.4.8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）
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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
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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
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Point5
此段管路为油冷管
路，一般布置于冷
Point4
凝器的前部
Point3
Point2
Point1
图2.22
如上图中所示的动力转向管路由5个点固定其中point1一般直接布置在转向机上，
而point2\point3两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
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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
升级会员 