汽车转向机构设计

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1、汽车转向机构设计摘要：设计基于传统汽车转向机构进行功能优化，在原有基础上集转向盘位置四向可调和电磁式碰撞吸能两大功能为一体，顺应了汽车市场的驾驶舒适性和安全性要求。转向盘位置四向可调可使驾驶人员处于更合理的操作位置，提高驾驶舒适性，更具有人性化设计。电磁式碰撞吸能在汽车发生正面碰撞时及时收缩，降低了驾乘人员受伤害的程度，大大提高了汽车的安全性能。同时，该系统基于单片机控制，符合汽车工业智能化发展的潮流。关键词：转向系统；四向调节；电磁式吸能；AVR单片机1.汽车转向系统概述汽车驾驶员通过转向系统来控制汽车

2、的运动方向，转向系统设计的好坏直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶的舒适性。转向系统根据转向动力的来源可分为机械转向系统和动力转向系统。动力转向系统又分为液压动力转向系统、电控液压动力转向系统、电动助力转向系统、线控转向系统。1.1机械转向系统机械转向系统的转向力全部来自驾驶员的手力。机械转向系统结构简单，性能可靠，但转向盘操纵费力。另外，为解决机械转向系统“轻”和“灵”的问题，转向器还常设计成可变速比。在转向盘小转角度范围内，速比小，解决转向灵活性的问题；在转向盘大转角范围内，速比大，解决转向轻

3、便性的问题。1.2液压动力转向系统液压动力转向系统一般由储液罐、油泵、油管、转向控制阀、助力油缸及机械转向系统组件等组成，如图l所示。1.3电控液压动力转向系统随着人们对汽车经济性、环保性、安全性的曰益重视以及小排量轿车的发展，人们开始对液压动力转向系统存在的不足进行改进，并开发出一些新型电控液压动力转向系统，如图2所示。1.4电动助力转向系统电动助力转向系统是一种新型的、很有发展前途的动力转向系统。典型的轿车用电动助力转向系统组成如图3所示。1.5线控转向系统线控转向系统是更新一代的汽车电子转向系统，线

4、控转向系统与上述各类转向系统的根本区别就是取消了转向盘和转向轮之间的机械连接(也称柔性转向系统)。1.设计背景2.1汽车吸能转向机构简介汽车吸能转向机构是一种能够在正面碰撞事故中确保驾驶员有足够的生存空间，并能够吸收冲撞能量，防止或减轻驾驶员伤害的一种被动保护装置。具体地说，它是由转向盘、转向轴套管、转向轴、转向器以及当转向盘受到撞击时能够吸收冲击能量的其它元件所组成的整体如图1-1所示。常见的吸能零部件有吸能转向盘、可收缩吸能转向柱和伸缩式转向中间轴转向轴。2.2转向盘位置调节转向轴与转向器齿轮箱之间采

5、用连轴节相连(即两个万向节)。　　可倾斜式转向机构：转向轴与转向器齿轮箱之间采用连轴节相连(即两个万向节)，正是由于有了连轴节，转向轴可以有不同的倾斜角度，使转向盘的位置可以上下倾斜，适应各种身高和体形的司机。通过操作位于转向柱下侧的手柄，使转向柱处于放松状态，将转向盘调至自己喜好的位置，再反向转动手柄，使转向柱固定在新的位置上。可伸缩式转向机构：该机构可象望远镜那样伸缩调整转向盘的前后位置。转向轴也象望远镜一样有双重结构，内筒与外筒用花键啮合，使它们无法相对转动，而只能沿键槽方向做伸缩运动。与倾斜调整机

6、构相同，可操作手柄解除或固定伸缩动作，一部分车也采用电动式计算机控制的全自动伸缩式转向机构。以上便是设计的出发点和思考方向。1.设计方案3.1设计思想基于设计背景中方向盘调节与转向柱吸能功能，通过齿轮齿条、电动机、电子控制系统（单片机等）实现方向盘四向可调。通过电磁机构、电子控制系统（单片机等）和机械机构实现转向柱吸能功能。这也是本设计的创新点3.2性能要求转向管柱在汽车中主要起支撑、固定转向盘，传递驾驶人员通过转向盘施加的扭矩，驱动方向机工作，以起到控制汽车行驶方向的作用。结构简图见图1。本系统除具备上

7、述基本功能外，还应具有转向盘位置四向可调和电磁式碰撞吸能的功能。以起到适应驾驶员的操作习惯，并在微型汽车发生正面碰撞时，能随汽车变形区域沿车体纵向同步阻尼收缩，使转向盘不向汽车乘员空间发生位移，同时吸收部分撞击能量，降低驾乘人员受伤害的程度。整个总成还应具有一定的刚度，以保证车辆在正常行驶时驾驶人员有和使用原型转向管柱相同的“路感”。3.3设计方案鉴于上述分析，设计方案如图所示，主要由万向结、可溃式套筒、转向柱、上下调节齿轮齿条、伸缩调节齿轮齿条、转向盘等部分组成，图中未把车体画出1.连至转向器2.万向结

8、3.可溃式套筒4.转向柱5.上下调节齿轮齿条6.伸缩调节齿轮齿条7.转向盘3.3.1四向调节原理说明齿轮1：连接至第一个直流减速电机，电机固定于车体之上，不随转向柱的转动而转动齿条1：转向柱在齿条1处空套上套筒，齿条固定于套筒之上，转向柱转动时候，套筒不随之转动；当电机带动齿轮1转动时，齿轮带动齿条1平动，将圆周运动变为直线运动，齿条一上的套筒再将转向柱抬升或者下降。齿轮1和齿条1实现了转向柱的上下调节。齿轮2：连接至第二个直