汽车动力转向器转向力矩的分析与计算

1、第23卷笫3期T礼灯等 汽车动力转向器转向力矩的分析与in245汽车动力转向器转向力矩的分析与计算丁礼灯 杨家军 刘照 廖道训（华中科技人学机械科学与工程学院，武汉430074）摘要：随着21世纪IT益突出的能源问题和汽车产品的电1化发展，具有节省能源、结构简单-紧凑等 显著优点的电了控制式电动动力转向器将是未来汽车动力转向器设计的发展方向.针对这应用要 求，根据汽车转向机构的受力分析得到的转向力矩，对影响汽车转向力矩的主要因素进行了分析，并 具体对与向心加速度有关的部分转向力矩的实验曲线用最小二乘法进行了解析式拟合.关键词：汽车；动力转向器；转向力矩；最小二乘拟合中图分类号：TK243.5文

2、献标识码：A文章编号：1 （）07-7081（2（X）1 ）03-0243-（）4随着21世纪H益突出的能源问题和汽车产品的电子化发展，目前在屮型以上货车和屮级以上轿车 上广泛采用的液压助力式动力转向器将会被逐渐淘汰，而由效率更高、适应性更强的电/控制式电动动 力转向器替代.为此，世界各工业发达国家都在积极开发应用电动动力转向器，国内目前尚处于起 步阶段.该类转向器由各种传感器、控制器、直流电动机和传动机构等组成，属于一种高科技产品.它 具有以下突出的优点:（1）电动机和减速机构安装在转向柱或装在转向器内，从而使整个动力转向器电 量减轻、结构紧凑丄安装方便:（2）以电动机为动力，不需要传统的液

3、压元件转向油泵、油骨及控制 阀等，也不会发生液压油泄漏和损耗;（3）通过传感器和控制系统，能使直流电动机提供与汽车转向工况 相适应的驱动扭矩，也就是说转向驱动扭矩可随转向阻力矩的变化（增大或减小）而变化，而无控制系统 的动力转向器不可能实现;（4）电动机只在需要时启动，故耗用电能较少:（5）可安装应用于各类车型.汽车转向力矩的分析与计算是进行汽车电动动力转向器测控系统的设讣与软件开发的重要依据, 木文拟在这方面做些研究1汽车转向力矩影响因素的分析由于影响汽车转向力矩的因素很多，首先根据汽车转向机构的受力分析，可以推导出汽车方向盘 上的转向力矩为WL,H =G =仏 + 鳥士 叽 G（1）式屮，

4、M为作用在转向臂上的转向力矩；斤、;分别为转向杆系、转向机传动比；仏a、M“（；分别为相对 转向节销轴线、转向机的摩擦力矩作用在两个转向节销上的力矩Z秋比为(Ma += ( Ma + 4/j) / 1 + tan2r + tan2(7 = ( ITK,a 一 0聞)厂()-r0 + 0rtanr +(a - i)厂o -旷o + Prtanr +(M$“ + Ms,i)$)tanp -(a - *W5,i)/?vtair rtan* +( Ms,a + M$, +(MSta 一 rtan* =1.75大气压、结构引迹nk=l-cm时2( Snk + Ms) = 13.2135/ - 34.69

5、77a3 + 17.8166a2 + 12.2998a + 0.1429(8)当车胎内压1.75大气压、结构引迹/ik = 0-cm时2(S” + 胚)=12.4445a4 - 31.0307a3 + 14.5193a2 + 7.6585a + 0.0939(9)当车胎内压P= 1.75大气压、结构引迹/ik= - 1-Cni时2(Snk + 甌)=14.6717a4 - 37.2652a3 + 19.3916a2 + 1.0155a + 0. 1265(10)当车胎内压P= 1.5大气压、结构引迹nk = 0 -cm时2( Sg + MJ = 15.1331a4 - 31.5117a3 +

6、7.5075a2 + 12.4944a + 0.0163(11)当车胎内压P = 2大气压、结构引迹nk = 0-cm时2( Sg += 11.8615a4 - 30.5029a3 + 14.9552a2 + 6.6696a + 0.0848(12)图1为在不同的结构引迹时，与向心加速度有关的部分转向力矩和相对向心加速度的关系曲线，其 屮，实线为实验曲线，虚线为拟合多项式曲线.这表明，在实验相对向心加速度a的范围内实验曲线和 拟合多项式曲线符合很好，精度较高（由于两条曲线非常逼近，这时在图屮已分不清虚实线），可以说拟 合很有效.3结语上述有关汽车转向力矩的分析和拟合计算看出，汽车转向力矩除和路

7、面状况、轮胎类型和载荷情况 有关外，还与汽乍行驶速度、车轮转向角有直接关系.因而，在进行汽乍转向电动控制时,必须根据具体 的路血状况、轮胎类型和载荷情况,利用车轮转向角和汽车车速的信息决定给电动机的助力系数.参考文献:1 张兴业国际汽车工业的发展概况J汽车杂志1998,7(191):5153.2 郑校英电动助力转向系统j汽车与配件，1998,31(233):15.3 吴修义.98北京第五届国际汽车展览会上的电动转向系统J.汽车与配件，1998,26(288):1921.4 杨通顺ZF电子助力转向器j汽车与配件,1999,45(281):1617.5 M米奇克(西德).汽车动力学M.北京:机械工

8、业出版社,1980.421448.6 王望予.汽车设计(第3版)M.北京:机械工业出版社,2000.责任编辑毕建英Analysis and Calculation of Steering Torque of Automotive Power SteeringDing Lideng Yang Jiajun Liu Zhao Liao Daoxun(Mechanicl School of Science & Technology Huazhong Univ, of Science & Techology, Wulian 430074)Abstract With the advent of incr

9、easingly pmniinent energy source crisis and the development of electronic products of automobile in 21st century, those electric power steering systems with the properties of energy弔 and pacfckecl stmcture suggest the direction of future desig ning. .Aiming at this practical request, the factors of

10、effect on automotive steering torque are analyzed according to the steering torque that is got from the stress analyzing of the steering gear. Using least square fit , the analytic expression of the part of steering torque八vhich is related to centripetal ac- celemtioiv is gained in detail according

11、to experimental cunes.Keywords automobile; |M)wer steering: steering torque ; least square fit我校重点学科水工结构工程通过省级重点学科验收 5 JJ 910 H,湖北省人民政府学位委员会、湖北省教育厅组织专家对我校車点学科水工结构I工程进行了省级重点学科验收。 I+ 专家组认为：三峡大学水工结构工程学科点，已为我国的水电建设培养了大批优秀人才，并fj在与他校联合培养博士研究生中积累了一定的经验;该学科点在重点建设期间，建立了边坡工程jf及加固物理数学仿其研究室、水利水电工程设计研究所、光纤传感技术研究室、水利水电工程计丫j算技术及计算机应用研究室、水电工程施工技术研究中心等科研基地；已形成了一支以廊导、硕!导为骨干的政治索质好，政策水平、