设计 | 麦弗逊悬架齿轮齿条转向器的转向杆系布置

一、前言
汽车转向系是用来保持或改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，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。我们在对汽车的转向杆系进行设计布置的时候，主要是针对转向梯形断开点位置的设计及整个齿条行程是否满足要求，因此要求整个转向杆系：1、应满足整车最小转弯半径要求、2、有合理的阿克曼角，满足车辆的不足转向特性要求。3、能够实现灵活准确的转向运动；在悬架跳动过程中杆系不发生运动干涉，产生转向，使车轮的前束角在常用的跳动行程范围内变化量最小。
现采用传统平面作图法，针对前悬架为麦弗逊式独立悬架，转向器采用齿轮齿条转向器的前轮转向车辆的转向杆系的布置和优化做如下分析。
二、转向梯形断开点确定
首先根据悬架的安装点、转向梯形臂的位置、转向中心的位置、确定转向拉杆在纵向投影上的断开点位置。根据转向横拉杆与下摆臂、主销中心线的现对位置不同（如图 1 至图 3），求断开点的作线方式略有差异，但是基本思路都如下所述。
以XY面为投影面投影（后视图），E为减震器上摆动中心点，G为下摆臂球销球心点，D为下摆臂内旋转中心点，U为转向横拉杆外球头球心点。
分别连接E、G点和G、D点，过E点作EG的垂线GD延长线相交于点P1 ；连接E、D点，过G点作EG的垂线与ED延长线相交于P2 ；分别连接P1 、P2点和P1 、U点；连接U、G点，过P1点作直线使其与P1P2的夹角与∠EP1U相等，并与UG的延长线相交于点P3 ；连接P3 、D点，并延长交P1 U于点T。T点及为转向器横拉杆的内球头点。

三、齿条行程确定
在确定了转向横拉杆的断开点位置之后，需要确定齿条行程。在转向节和主销位置参数一定、横拉杆断开点位置确定的情况下，齿条行程大小决定了转向轮的最大转角的大小，进而决定车辆的最小转弯半径，即通过性的好坏。
齿轮齿条转向器在设计布置中通常有如图 4所示的几种形式：转向器前置、转向梯形后置（图 4 a）；转向器后置、转向梯形前置(图 4 b)；转向器前置、转向梯形前置（图 4 c）；转向器后置、转向梯形后置（图 4 d）。

下面以转向器前置、转向梯形前置为例，通过图解计算的方式来确定齿条位移量与内外转向轮转角之间的关系。如图 5所示，当齿条向左侧运动行程S时，所对应的内外轮转角关系。

四、结论
综上所述，本文所介绍的麦弗逊独立悬架齿轮齿条转向器的转向杆系的设计布置方式。既可以在确定转向器的周边条件的情况下，可通过上述方式设计转向杆系和齿条运动行程，从而完成转向传动系统的几何设计；也可以运用此方式对现有转向杆系进行设计校核，从而达到优化的目的。但是由于采用的是平面作图法，忽略了主销后倾角和摆臂轴轴线的空间角度，使断开点不在最优位置。可在采用平面作图法确定断开点的基础上，利用ADAMS/Car建立试验样车悬架转向系统模型，分析现有转向梯形断开点对阿克曼转向特性和车轮前束角变化特性的影响，同时利用ADAMS/Insight的优化设计功能对现有转向梯形断开点位置进行优化。