某SUV的转向系统仿真分析及优化没计
越野车转向系统的设计
毕业设计题目：越野车转向系统设计与优化学生姓名：学号：专业:年级:指导老师:完成日期:目录第一章电动转向系统的来源及发展趋势 (1)第二章转向系统方案的分析 (3)1.工作原理的分析 (3)2. 转向系统机械部分工作条件 (3)3.转向系统关键部件的分析 (4)4.转向器的功用及类型 (5)5.转向系统的结构类型 (5)6.转向传动机构的功用和类型 (7)第三章转向系统的主要性能参数 (8)1. 转向系的效率 (8)2. 转向系统传动比的组成 (8)3. 转向系统的力传动比与角传动比的关系 (8)4. 传动系统传动比的计算 (9)5. 转向器的啮合特征 (10)6. 转向盘的自由行程 (11)第四章转向系统的设计与计算 (12)1. 转向轮侧偏角的计算（以下图为例） (12)2. 转向器参数的选取 (12)3. 动力转向机构的设计 (12)4. 转向梯形的计算和设计 (14)第五章结论 (16)谢辞 (17)参考文献 (18)附录 (19)转向系统设计与优化摘要汽车在行驶过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变行驶方向，即所谓汽车转向。
用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统。
汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。
汽车转向系统对汽车的行驶安全是至关重要的。
因此需要对转向系统进行优化，从而使汽车操作起来更加方便、安全。
本次设计是EPS电动转向系统，即电动助力转向系统。
该系统是由一个机械系统和一个电控的电动马达结合在一起而形成的一个动力转向系统。
EPS系统主要是由扭矩传感器、电动机、电磁离合器、减速机构和电子控制单元等组成。
驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。
基于25%偏置碰撞的某SUV仿真分析及改进设计
doi: 10.3969/j.issn.1673-6478.2024.01.014基于25%偏置碰撞的某SUV 仿真分析及改进设计李冠君，田国富（沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870）摘要：本文运用Hypermesh 和Ls-dyna 软件对某SUV 车型进行小偏置碰撞有限元仿真分析，分析整车变形情况以及车身结构评级结果，总结出合理的改进方案，提升车身前端部件吸能能力，减少转向管柱、油门制动踏板等部件对乘员舱的侵入量。
在A 柱及门槛等变形较大的部位添加加强板，提高乘员舱刚度，减小乘员受到的伤害。
车身结构评级由“差”提升为“优秀”，说明改进方案具有一定的效果。
关键词：有限元仿真；小偏置碰撞；结构改进 中图分类号：U463.82文献标识码：A文章编号：1673-6478（2024）01-0062-04Simulation Analysis and Improved Design of an SUV Based on 25% Offset CollisionLI Guanjun, TIAN Guofu(Shenyang University of Technology, Mechanical Engineering College, Shenyang Liaoning 110870, China)Abstract: Through Hypermesh and Ls-dyna software, a small bias collision finite element analysis of an SUV model was simulated, the deformation of the whole vehicle and the results of the body structure rating were analyzed. A reasonable improvement plan to enhance the energy absorption capacity of the front end components of the vehicle and reduce the intrusion of components such as the steering column and accelerator brake pedal into the passenger compartment was designed. Reinforcement plates to areas with significant deformation, such as the A-pillar and door sill, were added to increase the stiffness of the passenger compartment and reduce injuries to passengers. The body structure rating upgraded from "poor" to "excellent", explaining that the improvement plan has a certain effectiveness.Key words: finite element simulation; small offset collisions; structural improvements 0 引言正面小重叠度碰撞事故是正面碰撞事故中致死率最高的[1-2]，其对车辆的安全性能要求更高。
汽车电动助力转向系统的建模与仿真
图2- 1 转向轴助力式 EPS 的简化模型
Fig. 2 - 1 Steering shaft power assisted EPS simplified model
图中 :θ, X , J , b , K , T , J , N , G 分别代表各部件 的角位移 , 位移 , 转动惯量 , 粘性阻尼系数 , 刚度 , 扭 矩 ,齿条到转向轮的传动比 ,减速比等 拉格朗日动力学方程的一般形式 ,如式 ( 2 - 1) : d 5L 5L = Qi d t 5 qi 5 qi ( 2 21) i = 1 , 2 , …, n 对于转向轴助力式 EPS , 选择电机轴角位移 θ m ,转向轮角位移 δ和齿条平移位移 X r 三个参数为 系统的自由度 ; 作用在θ m 上的广义力是助力电机输 δ 出扭矩 T m ,作用在 上的外部力为回正力矩 M z ( 转 换到主销上) 。 系统的动能和势能分别为 :
吴亦君 ( 上海大众汽车有限公司 , 上海 210000) W U Yi2j un
( S han g hai D az hon g Co. , S han g hai 210000 , Chi na)
[ 摘要 ] 本文分析了动力转向系统的发展概况和国内外研究及应用水平 , 建立了电动助力转向系统的数学模
型 ,利用有关软件进行计算机仿真分析并与试验结果相比较 ,验证了模型的正确性 。
[ Abstract] This paper summarizes t he develop ment of power steering system , and analyzes t he current sit ua2 tio n of t he research and applicatio n of t his new technology bot h at ho me and abroad. Al so in t his paper , a mat hematical model of EPS system will be co nst ructed , and t hen analyzed by means of co mp uter simula2 tio n , where certain soft ware will be int roduced. Finally , t he p recisio n of t his model is to be co nfirmed by co mparing t he t heoretical analysis result wit h t he data acquired f ro m p ractical test s and experiment s.
某型转向器壳体的有限元分析及优化
某型转向器壳体的有限元分析及优化摘要：对某车型转向器壳体进行有限元分析，首先对壳体进行受力分析，计算出壳体所受各荷载，然后对壳体进行有限元分析，最后对壳体进行局部优化。
按有限元分析结果，对壳体安装孔局部进行了优化，提升了壳体结构的力学性能，对转向器的壳体设计提供了实际工程价值。
11、引言汽车转向机是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构。
按照传动方式的不同，可以将转向机分为齿轮齿条式转向机、循环球式转向器、蜗杆滚轮式转向器等[1]。
其中，齿轮齿条式机械转向器具有结构简单、制造方便、操作灵敏度高，寿命长等特点，因此当今中小型乘用汽车多采用齿轮齿条式机械转向器[2]。
齿轮齿条式转向器的工作原理是：在转向过程中，驾驶者通过方向盘施加一定的扭力，此时传感器收集到当前的扭矩和车速信号，经过转换后的电信号被传递给电子控制单元（ECU），ECU经过处理、分析，选择出合适的助力策略，并确定助力转矩的大小和方向，进一步反馈给电机输出电流，电机经离合器、减速机构将输出的转矩施加给主动力齿轮，进一步牵引转向齿条完成助力[3]。
齿轮齿条式转向器主要由壳体、小齿轮、齿条、横拉杆、传感器以及助力机构等组成。
其中，壳体是转向器中的关键零部件之一，在整个转向系统中不仅起到安装固定作用，还承受着齿轮齿条啮合产生的作用力和来自地面的冲击反力，所以对于转向机壳体的疲劳以及静强度有比较高的要求。
故在转向器的设计之初，需要对转向机壳体进行有限元分析，使得壳体能满足性能要求。
2、壳体受力分析本文所分析的壳体结构如图1所示。
壳体材料为ADC12，弹性模量70000MPa，泊松比0.33，密度为2.70×10-6Kg/mm3。
图1 壳体几何模型转向机壳体所受载荷来源于两部分：一部分来自齿轮齿条啮合产生的力，通过轴承作用到壳体上；另一部分来自齿条弯曲变形所产生的力，通过压块和齿条衬套传递到壳体上。
现分别对这两部分的力进行分析：小齿轮与齿条啮合产生三个方向的力，分别是：轴向力、径向力和切向力。
汽车转向机构的优化设计
根据 汽 车 运 动 的 实 际 情 况 可 知 夹 角 变 化 量 Ｏｔ 的取值范围是 ［０， ），根据反正弦函数曲线可知参
根据 三角 函数 可列 出变化 量 的表 达式 ： ｃｏｓ（９０。一 ）：—１．５ｋａｘｍ ｚ
—
『 ＿ ． 口 ２
化简 得 ：
＝ａｒｃｓｉｎ（
）．
提供 所需 要 的力 ，再结 合 制 造 成本 确 定 转 向系统 的 参 数 Ｊ。
５ 模型 的优缺点分析
在 建立模 型 的过程 中将模 型 分为运 动状态 和受 力状态 ，分别建立模型分析 ，确保两种状态下模型的
随着 时代 的进 步 ，汽车 已成 为 现代 生 活 必 不 可 少 的 出行 工具 。在 这种 大趋 势之 下汽 车 的发展 也越 来越 重要 ，而作为 汽 车行业 的核 心 ，转 向结 构 的设计 也 是十分 重 要 的 ，本 文 主要 是 对 汽 车 转 向机 构 的优 化 … 。
１ 转 向机构运动原理
收稿 日期 ：２０ｌ７—１１—２ｌ 基金 项 目：山 东省 高等 学校科技 计划 项 目：异型 管轻 量化框 架式全 承载 微 型车体 及其 生产 工 艺（Ｊ１７ＫＢ０１２） 作 者 简介 ：类成朋 （１９９５．），男 ，山东临 沂人 ，学生 ，专业 ：机械 设计 制 造及 其 自动化 。
第 １期
向最 大转动 １．５圈 ，我 们 引 入 一个 定 量 ｋ来 表 示从 大 ｋ、ｒｎ、 这 三个 量 的大小 ，减小 ｄ：的大小 ，而 所 需
方 向盘到连杆 １的传动系数 ，则连杆 ２水平方 向的 位 移 最大 量为 ：
Ａｘ ＝ １．５ｋ￣ｒｍｚ．
的力 Ｆ可以由好一些 的转 向助力器提供转 向所需 要的力 ，这就会增大产品的制造成本 ；若是输出中低 端产 品 ，则需 要在 考虑 灵 敏 度 的 同 时考 虑 是否 能 够
面向SUV车型操纵稳定性的多体动力学建模与仿真_秦东晨
面向SUV 车型操纵稳定性的多体动力学建模与仿真秦东晨1,2 潘 筱3 赵红宇2 陈立平1 钟毅芳11.华中科技大学,武汉,4300742.郑州大学,郑州,4500023.郑州日产汽车有限责任公司,郑州,450002摘要:运用ADAMS 软件,建立了某SUV 车型的整车多体动力学模型,对该车型的前悬架及整车分别进行了前轮定位参数及动力学仿真研究和整车操纵稳定性仿真分析。
在构建前悬架系统模型时,应用BEAM 梁原理建立了准确反映弹性变形的后悬架模型。
研究了前悬架的前轮定位参数随车轮跳动变化的规律,根据开环模型操纵稳定性的3种评价方法在ADAMS 中进行了操纵稳定性仿真试验。
仿真计算与分析说明,建立的SUV 前悬架和整车多体系统模型与实际车型在主要性能参数及其变化趋势上相符。
仿真计算与分析结果得到了该车型生产厂家的认可。
关键词:SUV ;ADAMS ;多体动力学;操纵稳定性;仿真中图分类号:U467;TP202 文章编号:1004—132X (2007)17—2126—04Multi -body Dynamics Modelling and Sim ulation Oriented to SUV Ve hicle Handling StabilityQin Dongchen 1,2 Pan Xiao 3 Zhao Hongyu 2 Chen Liping 1 Zhong Yifang 11.Huazhong University of Scienc e and Technology ,Wuhan ,4300742.Zheng zhou University ,Zhengzhou ,4500023.Zhengzhou Nissan Automobile Limited Corporation ,Zhengzhou ,450002A bstract :A full vehicle multi -body model fo r a SUV type w as built with ADAMS.The front w heel po -sition parameters of the front suspension and the dynamics simulation of the full vehicle were studied.A full vehicle handling stability w as simulated and analyzed.The back suspension model which was able to describe its elastic deformation was established by the BEAM princ iple.In the analysis of the kinematics simulation ,it was researched for the position parameters of the front w heel to vary with a wheel spring.According to three estimation methods of the open -loop model handling stability ,a handling stability simulation was carried out in ADAMS and the profitable conclusion was obtained.Through the simulation calculation and the analysis ,the built multi -body models of the SUV front suspension and the full vehicle are accorded w ith the real vehi -cle type on the main performance and on the variation trend.The models and the results were confirmed by the manufacturing corporation of the SUV type.Key w or ds :SUV ;ADAMS ;multi -body dynamics ;handling stability ;simulation收稿日期:2006—12—01基金项目:国家自然科学基金资助项目(50375058)0 引言虚拟样机技术的研究范围主要是机械系统运动学和动力学分析,其核心是建立机械系统的多体系统动力学模型[1-3],利用计算机辅助分析技术进行运动学和动力学分析。
基于Hyperworks的转向系统优化设计
基于Hyperworks的转向系统优化设计摘要：转向系统在汽车工业中起着关键的作用，直接影响到汽车的稳定性、灵敏性和操控性。
本文基于Hyperworks软件平台，对汽车转向系统进行优化设计。
首先，对转向系统各个关键部件进行建模和分析，获取部件的初始参数。
然后，通过有限元分析和多种优化算法，对转向系统进行优化设计。
最后，通过仿真实验验证优化设计的效果，证明本文方法的可行性和优足性。
关键词：转向系统；Hyperworks；优化设计正文：一、引言转向系统作为汽车的重要组成部分，直接影响到汽车的性能和操控性。
因此，对其进行优化设计具有非常重要的意义。
本文基于Hyperworks软件平台，针对汽车转向系统进行了优化设计，并取得了一定的成果。
二、研究内容1.转向系统建模首先，对转向系统各个关键部件进行建模。
具体而言，对转向机构、转向连接杆、转向缸等部件进行建模，并对各个部件的尺寸、材质等参数进行确定和分析，为优化设计和有限元分析提供准确的初始参数。
2.有限元分析基于Hyperworks软件平台，对转向系统进行有限元分析。
通过有限元分析，获取各个部件的应力分布和变形情况，并确保各个部件在各种工况下的强度和刚度满足要求。
3.优化设计在有限元分析的基础上，利用Hyperworks软件平台提供的多种优化算法，在减少材料使用、提高刚度和强度等方面对转向系统进行优化设计。
具体而言，通过遗传算法、粒子群算法等多种优化算法，对转向系统的结构进行优化，如优化转向机构的重量、优化转向缸的强度等。
4.仿真实验最后，通过对优化设计后的转向系统进行构建和仿真实验，验证优化设计的效果。
结果表明，经过优化设计后的转向系统具有更好的性能和操控性。
三、总结本文基于Hyperworks软件平台，对汽车转向系统进行了优化设计，并取得了一定的成果。
具体而言，通过转向系统建模、有限元分析、优化设计和仿真实验等步骤，实现了对转向系统性能的优化改善。
本文方法可为汽车工业的转向系统设计提供参考和支持，具有重要的实践意义。
某SUV的转向系统仿真分析及优化设计
车 型 转 向 系统 的 垂 向模 态和 横 向模 态 ，并 对 不 满 足 目标 的 模 态进 行 优 化 ，通 过 转 向 系统 模 态 的应 变 能 集 中区
域 来判 断转 向 系统 中比较 薄 弱 的部 件 ，并 对 其 厚 度 进 行优 化 设 计 ，从 而 有 效 地 避 免 了方 向盘 抖 动 问题
转 向系 统 是 驾 驶 员平 时密 切 接触 的 系 统 ，只 要 汽 车 行 驶 ， 驶 员 ＿尢 时 无 刻 不 和 接触 方 向需：，方 向盘 抖动 问题也成 为ＮＶＨ问 题 中最为 重 的 题 之一 ，经研 究 ，一般转 向系 统 模 态 ￣３５Ｈｚ ］，村］麻 的方 向 盘 抖 动 问 题 就 会 明 显 减 少 ， 在 得 到 合 理 的 几 何 结 构 后 ， 转 向系统 零件 的厚度 成为 影响模 态频率 的主 要 因素 如何合 理 的分配 零件厚 度 ，达 到 既
３ 结语
水文通过Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ建立转 向系统 仃限７ 模型 ，利用Ｎａｓｔｒａｎ求斛器 对 Ｅ－ＳＵＶ的转 Ｊ系 统模 态进行 仿真 分析 找 到 陔 删转 …系统 ｆ．Ｉ｛Ｊ薄 弱部位 ，并 埘 ｌ０进 优 化 使 甜转 …系 统 态 达 到 目标 （Ｊ！ｔ３５Ｈｚ 、从 而 柯 效 地 避 』
图２ 转向系统垂 向模态
翟 Βιβλιοθήκη 一 ＡＵＴＯ ＴＩＭＥ ６１
ＡＵＴｏ Ｍ ｏ ＢｌＬＥ ＤＥＳＩＧ Ｎ
图３ 转向系统应 变能示意 图 １１１５ 转 向 系 统 横 向模 态 （优 化 后 ）
图４ 优化方案示意图 图６ 转 向系 统 垂 向 模 态 （优 化 后 ）
原：队态提升 ＿ ｒ１．０９Ｈｚ， 向模 态为３７．６０Ｈｚ， 比原状 态提升了 １．８２Ｈｚ，Ｌ１Ｊ优 化斤＿ ＞３５Ｈｚ，涡 足 Ｈ标 求 ．、优化 旧结 如图５、６所爪：
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某SUV的转向系统仿真分析及优化没计
作者：文／张冰天
来源：《时代汽车》 2018年第3期
摘要：运用Hypermesh建立转向系统有限元模型，通过Nastran求解器对某suV的转向系
统进行模态计算，得到该
车型转向系统的垂向模态和横向模态，并对不满足目标的模态进行优化，通过转向系统模
态的应变能集中区
域来判断转向系统中比较薄弱的部件，并对其厚度进行优化设计，从而有效地避免了方向
盘抖动问题。
关键词：转向系统；有限元分析；模态频率；应变能；方向盘抖动
随着CAE技术的飞速发展，利用CAE分析技术进行仿真分析来考核汽车构件的强度、振动
特性和耐久性等已经在现代汽车设计和分析中得到广泛的应用。
成为支持工程行业和制造企业
信息化的主导技术，在提高工程／产品的设计质量，降低研究开发成本，缩短开发周期方面都
发挥了重要作用，成为实现工程／产品创新的支撑技术。
转向系统是汽车底盘中的一个重要部分，其性能直接影响到汽车行驶平顺性和操纵稳定性，且其对汽车NVH性能影响很大。
驾驶员
对方向盘的振动最为敏感。
因此，利用有限元方法分析转向系统的模态，并基于优化方法使之
避开发动机的频率，同时减轻转向系统重量，既能缩短开发时间又能减少成本，转向系统模态
分析的目的是确定用以描述转向系统结构系统特性的固有频率和振型等模态参数。
为避免方向
盘的怠速共振，要求转向系统中方向盘的上下、左右振型的振动频率高于发动机的怠速激振频率。
转向系统是驾驶员平时密切接触的系统，只要汽车在行驶，驾驶员无时无刻不在接触方向盘，方向盘抖动问题也成为NVH问题中最为重要的问题之一，经研究，一般转向系统模
态>35Hz[2]，相应的方向盘抖动问题就会明显减少，在得到合理的几何结构后，转向系统零件
的厚度成为影响模态频率的主要因素。
如何合理的分配零件厚度，达到既能满足NVH性能要求，又能保证系统的质量较轻成为接下来考虑的问题。
本文主要研究某suv转向系统模态提升方案。
1 转向系统的模态现状
1.1 转向系统的模型描述
转向系统的模型包括方向盘、转向管柱及支架、驾驶员安全气囊，仪表板横梁、转向助力
电机、主仪表板、副仪表板，空调系统、仪表板横梁。
1.2 转向系统的边界条件
转向系统为安装在白车身状态。
1.3 转向系统模态
上述模型安装在白车身上进行计算得转向系统的横向模态为33.95Hz，垂向模态为35.78Hz，如图1、2所示：
2优化分析
2.1 确定优化方案
由图可知应变能集中在： (1)转向管柱与仪表板横梁的搭接板。
(2)转向管柱的两个
支架。
(3)转向管柱下端的连接支架。
对转向系统中应变能集中的几个部件的厚度进行优化，优化方案如图3、4所示：
(1)将转向管柱与仪表板横梁的搭接板由1.2mm调整为2.Omm。
(2)将转向管柱的两个支架厚度分别由2.Omm调整为3.2mm，2.Omm调整为3.Omm。
(3)将转向管柱下端的连接支架厚度由2.Omm调整为3.Omm。
2.2优化结果
优化后的转向系统横向模态为3 5.04nz比原状态提升了1.09Hz，垂向模态为37.60Hz，比原状态提升了1.82Hz，且优化后>3 5nz，满足目标要求。
优化后的结果如图5、6所示：
3结语
本文通过Hypermesh建立转向系统有限元模型，利用Nastran求解器对某suv的转向系
统模态进行仿真分析，找到该车型转向系统的薄弱部位，并对其进行优化。
使得转向系统模态
达到目标值35Hz。
从而有效地避免了方向盘抖动的问题。
参考文献：
[1]纪广昊．方向盘系统有限元建模及动静态特性分析[D]．沈阳：东北大学，2010.
[2]李朔，汽车转向系统模态提升方案研究．汽车实用技术，2017．。