转向系统设计规范.docx
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转向系统设计规范
转向系统设计规范
目录：
一、概述
二、设计输入
1.市场分析报告
2.产品概念报告
3.技术方案分析报告
4.产品信函
5.项目描述书
三、转向系统设计目标
1.承载性目标
2.操纵稳定性目标
3.安全性目标
4.成本目标
5.总成重量目标
四、转向系统结构参数的确定
1、转向系统结构形式（主要部件构成明细）
2、安装尺寸的确定
3、车架结构与转向元件的物理接口
4、前桥总成与转向元件的物理接口
5、车身元件与转向元件的物理接口
6、其他
五、转向系统匹配
1、转向轻便性
2、助力转向系统流量等匹配
六、机械转向设计
1.转向器设计
2.转向传动轴设计
七、动力转向设计
1、转向器设计
2、转向油泵设计
3、转向油罐设计
4、其他部件设计
八、转向系统验证与试验项目
1、动力学模型分析与验证
2、整车性能试验项目与可靠性试验项目
3、转向器台架试验项目
4、转向油泵台架试验项目
5、转向油罐台架试验项目
7、转向油管台架试验项目
8、转向盘台架试验项目
9、转向传动轴台架试验项目
10、其他
附件：
转向系统相关标准与设计参考书
1、操纵稳定性
2、转向器
3、转向油罐
4、转向油泵
5、转向油管
6、转向传动轴
7、转向盘
一、概述
本文适用于传统结构的转向系统，主要针对转向器、转向油泵等主要部件设计参数的选取、计算、验证等作出较详细的工作模板。
1、转向系统设计对整车性能的影响
转向系统的功能是保证汽车能按驾驶员的意志进行转向行驶。
同时对操纵稳定性有一定的影响。
转向系统按能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。
机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件为机械的。
机械转向器由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成。
动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套转向加力装置而行成的。
2、转向设计流程概述
设计输入→整车设计目标→物理边界确定→主要部件性能指标确定→结构设计→
3、转向系统的评价指标
3.1汽车操纵稳定性：
序号
内容
设计指标计分
备注
2
操纵稳定性
稳态回正性能
侧向加速度an，m/s2
≥60
QC/T480-1999《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》规定的数值
不足转向度U，（°）/（m/s2）
≥60
车厢侧倾度Kφ，（°）/（m/s2）
≥60
转向回正性能
低速
残留横摆角速度Δr，（°）/s
≥60
横摆角速度总方差Er，s
≥60
高速
残留横摆角速度Δr，（°）/s
≥60
横摆角速度总方差Er，s
≥60
转向轻便性能
转向盘平均操舵力FS，N
≥60
转向盘最大操舵力Fm，N
≥60
转向盘角阶跃输入性能
横摆角速度响应时间T，s
≥60
转向盘角脉冲输入性能
谐振频率F，Hz
≥60
谐振峰水平D，dB
≥60
相位滞后角α，（°）
≥60
蛇行试验性能
平均横摆角速度峰值R，（°）/s
≥60
平均转向盘转角峰值θ，（°）
≥60
综合评分
≥60
3.2人机工程学
序号
驾驶员操作位置项目
设计指标
GB/T15705-1995规定的数值
1
转向盘下缘至座垫上表面距离，mm
≥200（可调节高度方向盘的最低点≥180）
≥180
2
转向盘后缘至靠背距离，mm
≥450
≥450
3
转向盘下缘至离合器、制动器踏板纵向中心面距离，mm
≥620
≥600
4
转向盘至前面及下面障碍物距离，mm
≥80
≥80
5
转向盘外缘至侧面障碍物距离，mm
≥80
≥80
6
离合器踏板纵向中心面至转向柱纵向中心面距离，mm
60～150
50～150
7
制动器踏板纵向中心面至转向柱纵向中心面距离，mm
60～150
50～150
8
转向盘中心对座椅中心面的偏移量，mm
≤10
≤40
9
转向盘平面与汽车对称平面间夹角，（°）
90
90±5
3.3其他相关法规
3.3.1GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》：
3.3.1.1机动车方向盘的最大自由转动量不允许大于：
1）最高设计车速不小于100km/h的机动车：
20°
2）其他机动车：
30°（三轮车除外）
3.3.1.2机动车在平坦、硬实、干燥和清洁的水泥或沥青路面上行驶，以10km/h的速度在5S内沿螺旋线从直线行驶过渡到直径24m的圆周行驶，施加于方向盘外缘的最大切向力不应大于245N。
3.3.1.3汽车和汽车列车必须能在同一个车辆通道圆内通过，车辆通道圆的外圆直径D1为25.00m，车辆通道圆的内圆直径D2为10.60m，汽车和汽车列车由直线行驶过渡到上述圆周运动时，任何部分超出直线行驶时的车辆外侧面垂直面的值不应大于0.8m。
（GB1589-2004道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值）
3.3.2GB17675-1999《汽车转向系基本要求》：
以10km/h车速、24m转弯直径前行转弯时，不带助力时转向力应小于245N,带助力转向但助力转向失效时，其转向力应小于588N。
机动动作时间正常情况下不得大于4s，带助力转向但助力转向失效时不得大于6s。
3.3.392/62/EEC《为适应技术进步，对有关机动车及其挂车转向设备的70/311/EEC号理事会指令进行修改的委员会指令》：
92/62/EEC车辆应以10km/h的速度从径直到转弯行驶。
应该在转向控制的位置与下表中给出的带有完好转向设备的特定类车辆的转向半径一致时，测量转向控制公称半径处的转向力。
一次向右转弯，一次向左转弯。
见下表：
92/62/EEC对转向控制力的要求
车辆种类
完好
故障
最大力
（daN）
时间
（秒）
转弯半径（米）
最大力
（daN）
时间
（秒）
转弯半径（米）
M1
M2
M3
N1
N2
N3
15
15
20
20
25
20
4
4
4
4
4
4
12
12
12
12
12
12
（1）
30
30
45
30
40
45
（2）
4
4
6
4
4
6
20
20
20
20
20
20
（1）如果12达不到，则全锁紧。
（2）对于两个或多个转向轴的刚性连接车辆为50，自跟踪设备除外。
3.3.4Q/FTB190—2005《轻型载货汽车整车设计标准》：
4、转向设计关联系统与工作接口部门
序号
名称
内容
部门
1
整车车型主管
总布置
车型室
2
车架主管
零件布置位置
车型室
3
车桥、轮胎
连接尺寸（目前杆系在前桥上）
底盘室
5
悬架
运动干涉校核
底盘室
6
制动
连接尺寸
底盘室
7
发动机
连接尺寸（动力转向泵）
动力室
8
车身
连接尺寸
车身所
9
电器
连接尺寸
电器所
10
试制
物理尺寸验证
试制所
11
试验
台架性能、整车平顺性、操稳性、可靠性
试验所
12
CAE分析
CAE分析、整车动力学仿真分析
计算分析所
13
设计计算书、图纸、明细
入档、下发
技术支持部
14
公告参数申报
3C认证
型式
车型室/产品管理部
二、设计输入
设计输入表______________表1
序号
名称
代号
依赖性
（可无○必有●）
备注
1
市场分析报告
○
营销公司
2
项目建议书
●
营销公司
3
产品概念报告
○
产品管理部
4
技术方案分析报告
●
整车所
5
产品信函
●
产品管理部
6
项目描述书
●
整车所
7
标杆样车
○
营销公司
主要获取信息：
1、
输入信息表________________表2
序号
名称
内容及描述
1
产品市场定位及用户目标
2
使用区域（平原/山区）
3
超载质量（Kg）
4
耐久性要求
（可靠性里程Kg）
5
操稳性要求
是否特殊说明
6
转向盘是否可调及桃木化
7
防伤要求
8
是否助力转向
2、
标杆样车性能参数表__________表3.2（性能试验表——转向操纵稳定性）
品牌：
车型代号：
VIN；
3、
标杆样车结构参数表__________________表3.3（检测后获得）
品牌：
车型代号：
VIN；
转向系统：
（主要结构形式描述）
序号
名称
项目
备注
1
转向器总成
承载能力
模数
传动比
流量
最大压力
特性曲线
2
转向油泵
控制流量
公称排量
最大压力
转速范围
3
转向油罐
储油量
最大允许通过流量
绝对过滤精度
4
转向操纵机构
单/双万向节
可调转向盘及仿桃木化
是否有防伤装置
5
转向传动机构
尺寸
三、转向系统设计目标
序号
项目
目标值
备注
1
承载性
超载：
2
操纵稳定性
稳态回正性能：
转向回正性能：
转向轻便性能：
转向盘角阶跃输入性能：
转向盘角脉冲输入性能：
蛇行试验性能：
综合评分：
3
安全性
4
成本
5
总成重量
四、转向系统结构参数的确定
1、循环球转向器：
（1）典型机械转向结构：
附图1
1
9
2
8
356
47
图1
1、转向盘带喇叭按钮总成2、转向操纵机构总成3、转向器带摇臂总成4、转向直拉杆
5、左转向节6、转向节臂7、转向横拉杆8、梯形臂9、右转向节
（2）典型动力转向结构
附图2
110
2
9
3
8
7
46
5
图2
1、转向盘带喇叭按钮总成2、转向操纵机构总成3、转向器带摇臂总成4、转向直拉杆
5、左转向节6、转向节臂7、转向横拉杆8、转向油泵9、转向油罐10、转向管路
2、齿轮齿条式转向器：
（1）典型机械转向结构：
附图3
1
2
34
图3
1、转向盘带喇叭按钮总成2、转向操纵机构总成3、转向减速器总成4、转向器带摇臂总成
（2）典型动力转向结构
附图4
1
7
2
6
5
34
图4
1、转向盘带喇叭按钮总成2、转向操纵机构总成3、转向减速器总成4、转向器带摇臂总成
5、转向油泵6、转向管路7、转向油罐
3、安装尺寸的确定
按整车总布置的要求，与各主管一起确定下列安装布置内容
序号
名称
项目
备注
1
转向器总成
循环球式
结构型式
机械/动力
结构尺寸
安装倾角
小于万向节规定的夹角要求
摇臂中心到前轮中心距离
摇臂中心到车架上平面距离
摇臂小端连接尺寸
输入轴连接尺寸
摇臂长度
与悬架干涉有关
齿轮齿条式
结构型式
结构尺寸
转向梯形断开点位置
转向横拉杆与齿条球销位置
转向齿条中心位置
输入轴的位置
转向横拉杆球头尺寸
2
转向油泵
结构形式
叶片/齿轮
传动型式
皮带/传动套/齿轮
尺寸及位置
3
转向油罐
尺寸及位置
4
转向管路
尺寸及位置
5
转向传动轴、转向管柱
结构形式
单/双，是否防伤
前翻及缓冲
尺寸及位置
6
转向盘
结构形式
两辐条/三辐条/四辐条，是否防伤
尺寸及位置
人机工程
`
五、转向系统匹配
1、转向轻便性
按第一项中要求。
使用半经验公式
2、助力转向系统流量等匹配。
原则上流量要合适，噪音要低，转向盘无抖动
3、转向梯形匹配请参照清华大学出版社《汽车设计》P651页要求。
4、分段式横拉杆断开点的位置确定参照清华大学出版社《汽车设计》P654页要求
六、机械转向设计
1、转向器：
根据使用状况确定转向器：
输入内容：
项目
数值
1
前轴最大允许负荷（kg）
2
转向器型式
输出内容：
循环球式
1
转向器最大允许负荷（kg）
2
模数
3
传动比
齿轮齿条式
1
转向器最大允许负荷（kg）
2
线角传动比
3
齿条行程范围
2、转向传动轴：
输入内容：
项目
数值
1
轮胎
2
转向杆系
3
前轴最大允许负荷（kg）
输出内容：
1
静扭强度
2
扭转间隙
3
滑动花键的滑动起动力
4
转动力矩
七、动力转向设计
1、转向器计算
输入内容：
项目
数值
1
前轴最大允许负荷（kg）
2
转向器型式
输出内容：
循环球式
1
转向器允许负荷（kg）
2
模数
3
传动比
4
流量（L/min）
5
最大压力（Mpa）
6
特性曲线
7
使用温度
齿轮齿条式
1
转向器允许负荷（kg）
2
最大压力（Mpa）
3
流量（L/min）
4
线角传动比
5
齿条行程范围
6
使用温度
2、转向油泵的设计：
1）转向油泵工作流量的选取是根据转向盘最大瞬时转速计算的。
先计算出满足转向盘最大瞬时转速所需要的理论流量Q，然后再计算出实际需要流量Q1
Q=S×n×t
式中：
Q――转向器所需的油泵控制流量，L/min
S――活塞的有效面积，mm2
n――转向盘转速，r/min
t――螺杆螺距，mm
根据QC/T530汽车动力转向器总成技术条件要求，转向器内泄漏量小于油泵控制流量的15％，则油泵控制流量:
Q1=Q/0.85
2）转向油泵最大压力：
转向油泵压力的选择以能满足整车的承载要求为主。
兼顾转向系统杆系的强度要求。
如果转向器本身能进行转向限位，可以不用考虑转向系统杆系的强度问题。
如果转向器本身不能进行转向限位，可以通过CAE分析确定转向系统杆系的强度问题。
助力转向系统在保持方向打死的状态时间过长，会造成助力系统压力过高，造成助力系统寿命减短或早期损坏。
因此警示：
助力转向系统在打死方向时不要超过5秒。
3）转向油泵的功率计算：
N＝
△P·Qt·
·10－3（kw）
△P------转向油泵进出油口的压差bar
Qt―――转向泵的理论流量L/minQt=qt·n
qt―――理论流量ml/r
n―――转速r/min
η―――转向泵的总效率，一般取0.65～0.75
设计时要充分考虑到发动机能够提供给转向系统的功率，恰当的设计转向油泵参数（包括怠速提升），防止整车在怠速起动发动机时因功率不够而熄火。
输入内容：
项目
数值
1
前轴最大允许负荷（kg）
输出内容：
1
控制流量（L/min）
2
公称排量（ml/r）
3
最大压力（Mpa）
4
转速范围
5
使用温度
3、转向油罐的设计
转向油罐主要功能是储存油液，散热，滤清。
油罐的容积不应太小，否则易使高压油路产生气泡。
通常油罐容积可取油泵在溢流阀限制下最大排量的15％～20％。
转向油罐的过滤精度如果轻型车可以选择铜丝网100目。
散热要求高的车型，可以选择金属罐。
转向油罐在车上安装的高度应比油泵进油口至少高20mm。
安装得位置尽量接近油泵
4、转向管路
管路应布置得尽量短；
活动部位用软管，固定部分尽量采用钢管；
布置软管时，应尽量保证软管所能允许得最小弯曲半径。
如果转向油罐的散热性不足，可以采用增加钢管的方法。
如果管路较长，转向液压系统发生共振现象，可以采用降噪管。
八、转向系统验证与试验项目
1、整车性能试验项目与可靠性试验项目
2、机械转向器台架试验项目
3、转向传动轴台架试验项目
4、转向油泵台架试验项目
5、转向油罐台架试验项目
6、转向油管台架试验项目
7、动力转向器台架试验项目
8、转向盘台架试验项目
1、整车性能试验项目与可靠性试验项目：
试验任务书内容:
操纵稳定性指标
2、机械转向器台架试验项目（QC/T29097汽车转向器总成技术条件）
试验任务书内容:
1）传动比
2）输入全转角
3）传动间隙
4）转动力矩
5）扭转刚度
6）静扭
7）冲击
8）疲劳寿命
9）清洁度
3、转向传动轴台架试验项目（QC/T649汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法）
试验任务书内容:
1）总成间隙试验
2）转动力矩试验
3）花键滑动起动力
4）静扭强度
5）疲劳寿命
4、转向油泵台架试验项目（QC/T299汽车动力转向油泵技术条件）
试验任务书内容:
1）最大压力
2）开启转速及开启流量
3）流量特性曲线
4）半载容积效率及半载总效率
5）气密性试验
6）噪声
7）定转速冲击、变转速冲击、高温试验后半载容积效率及半载总效率
8）低温起动
5、转向油罐台架试验项目（QC/T303汽车动力转向油罐技术条件）
试验任务书内容:
1）总容积
2）最大允许储油量
3）最小允许储油量
4）最大允许通过流量
5）绝对过滤精度
6、转向油管台架试验项目
试验任务书内容:
SAEJ188动力转向压力软管－高容积膨胀型
SAEJ189动力转向回流软管－低压型
7、动力转向器台架试验项目（QC/T530汽车动力转向器总成技术条件）
试验任务书内容:
1）转向器总圈数、空载转动力矩、自由间隙
2）功能试验
3）最大工作压力时的转向力矩
4）特性曲线
5）内泄漏
6）外泄漏
7）回正能力
8）转向灵敏度特性
9）劳试验
10）磨损试验
11）强制转向试验
12）逆向超载试验
13）超压试验
8、转向盘台架试验项目（QC/T703汽车转向盘聚氨酯泡沫包覆层技术条件
Q/FTA026车辆产品转向系统技术条件）
试验任务书内容:
1）外观
2）燃烧特性
3）热性能：
4）弯曲疲劳试验
5）扭转疲劳试验
6）耐溶剂性
7）耐磨性
8）耐老化性
9）绝缘性
10）表面硬度
11）聚氨酯泡沫材料要求
附件：
1）GB/T6323.1-1994汽车操纵稳定性试验方法蛇行试验
2）GB/T6323.2-1994汽车操纵稳定性试验方法转向瞬态响应试验（转向盘转角阶跃输入）
3）GB/T6323.3-1994汽车操纵稳定性试验方法转向瞬态响应试验（转向盘转角脉冲输入）
4）GB/T6323.4-1994汽车操纵稳定性试验方法转向回正性能试验
5）GB/T6323.5-1994汽车操纵稳定性试验方法转向轻便性试验
6）GB/T6323.6-1994☆汽车操纵稳定性试验方法稳态回转试验
7）QC/T480-1999汽车操纵稳定性指标限值与评价方法
8）QC/T29097汽车转向器总成技术条件
9）QC/T649汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法
10）QC/T299汽车动力转向油泵技术条件
11）QC/T303汽车动力转向油罐技术条件
12）SAEJ188动力转向压力软管－高容积膨胀型
13）SAEJ189动力转向回流软管－低压型
14）QC/T530汽车动力转向器总成技术条件
15）QC/T703汽车转向盘聚氨酯泡沫包覆层技术条件
16）Q/FTA026车辆产品转向系统技术条件
17）92/62/EEC☆为适应技术进步，对有关机动车及其挂车转向设备的70-311-EEC号理事会指令进行修改的委员会指令
18）《汽车设计手册》长春汽车研究所编
19）《转阀式动力转向器》
20）《汽车设计》清华大学出版社
21）《汽车理论》清华大学出版社
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