寫在前面
隨著現在手裡做的項目進入EP2裝車階段，開始對前期零部件做的工作做一些歸納，現在分享一些內容，先從我比較熟悉的轉向器入手。
首先說明一點，這篇乃至整個底盤零部件設計所講的東西，都是整車生產或設計單位做的相關工作，細化到比較細的齒輪等零部件參數的設計，抱歉我還是不清楚。
1.1 系統匹配開發
從VTS到SSTS，再到零部件CTS，整車及系統性能要求對零部件本身的參數，功能等性能也作出規定，零部件參數隨之確定。
1.1.1 確定轉向器尺寸的整車硬點
對於常見的轉向系統來講，
通過人機工程布置的方向盤硬點，轉向管柱傾角，傳動軸布置，再根據KC分析確定轉向器硬點。從模型中拿到各個點坐標後，我們可以將轉向器簡化為由輸入軸中心線、齒條中心線、轉向拉杆中心線、轉向器安裝面等組成模型，如圖所示：
這裡需要說明一下，齒輪齒條夾角在前面確定轉向管柱力傳動特性的時候已基本確定，同時還需要確定的是轉向器輸入軸與轉向器齒條之間的距離，按目前遇到的產品，這個值主要在15~20mm之間，當然這個值在選定供應商之後，儘快與供應商確定修正。
1.1.2 確定轉向器行程
懸架硬點（包含轉向拉杆內點外點）確定以後，VTS中有個目標值就是最小轉彎直徑，實車測試方法見《GB T 12540-2009 汽車最小轉變直徑、最小轉彎通道圓直徑和外擺值測量方法》，前期設計階段一般採用計算和模擬的方法，目前來看，基本所有的計算方法都比實測值偏小一些，採用ADAMS仿真後的值比實測值又普遍大些。
根據上文的經驗，可以按照設計目標值要求設定轉向器行程。（本章節講轉向器，前面如何設置內外輪轉角關係，前束曲線都先不提了）。
需要提到一點就是，確定轉彎直徑目標後，轉向拉杆外點決定的轉向節臂長度，對轉向行程有很大影響，轉向節臂越長，所需要的齒條行程越大，所需要的齒條輸出力也就越小。
齒條行程當然不能無限制的加大，除整車硬點限制轉向器的尺寸外，轉向齒條的結構也受齒輪齒條嚙合點的限制，體現到硬點上就是轉向器輸入軸小齒輪中心點的Y值（關於硬點對於轉向器參數的影響，以後有機會好好說一說），如下圖所示：
齒條單側行程等於上圖中兩個位置小齒輪嚙合點的Y值之差，齒條端部結構有球頭螺接機構，有齒條與轉向器殼體的密封結構，另此處結構有一部分尺寸由於工藝的問題，存在熱處理不到位的情況，因此極限位置小齒輪嚙合點不能與齒條端部結構區域重疊。上面不知道我說明白沒有。（這個尺寸供應商會提醒你的，也不用太擔心。哈哈！）
1.1.3 確定轉向器線角比
上面我們確定了轉向器齒條的行程，接下來就是轉向器線角比了。線角比的定義是什麼呢？轉向器輸入軸轉一圈，齒條移動的長度，這是個長度與轉的比值（mm/rev），想找更專業的解釋去百度一下吧。這裡有一個關鍵的參數，就是轉向器輸入軸輸入角度總角度，通過轉向管柱，其實它反映的就是方向盤的總圈數，近幾年，通過接觸的車型不斷更新，各主機廠也逐漸把原來3圈以上的方向盤總圈數慢慢降到了3圈以下，新出的車沒有人再槓槓地把方向盤圈數往三圈以上整了。手裡有些匯總，請參考下：
從上面看，遇到的3圈以上的已經不多了，當然你要是拿出MPV一些車型來抬槓……好吧你贏！
轉向器的線角傳動比從供應商那邊怎麼設置呢，直接看公式吧：
i=πmz/cosγ
其中：m-小齒輪模數；z-小齒輪齒數；γ-齒條傾角。看清楚了，裡面是沒有輸入軸齒輪螺旋角什麼事的，我在年輕的時候也推導過這個公式，遇到了不少想通過這個公式挑戰我的人（還是我十分敬仰的人你說可氣不可氣），說這個公式肯定有問題，線角傳動比怎麼能跟齒輪螺旋角沒關係呢。具體的過程我已經不記得了，不過再說這個公式有問題的人請自己推導一下，提醒一下，轉向器齒輪齒條夾角，齒輪螺旋角，齒條傾角這三個角度是有一定關係的，具體可以看看劉惟信的《汽車設計》，裡面有論證，以後請不要再取笑我，因為丟人的不是我。
通過確定好的方向盤圈數和齒條行程我們能向供應商輸入一個線角比，但這個值供應商是要通過自己的齒輪加工系列參數中選取再修正的，從供應商返回的線角比，計算方向盤圈數是否滿足要求。
對了，還有另外一件事情，用ADAMS做仿真分析，轉向系統的轉向器輸入軸是有一個齒輪齒條的減速比需要設置，不是大事卻總容易忘掉，如下圖所示，Reduction Ratio中設置值為（2*π/線角比）。
1.1.4 確定齒條輸出力
最近一直頭疼的事情是，客戶反覆在追問你是怎麼給我定齒條最大輸出力的，你怎麼證明你的值可信。我是一直用客戶的實驗數據不斷修正計算的安全係數的，如果覺得計算不靠譜，供應商會根據他們經驗，根據你提供給他的最大前軸荷給你一個建議值，這個值一般是最大設計前軸荷質量的0.8-0.9倍，可以與我們前面計算的值相互驗證。
1.1.5 確定轉向器助力形式
根據不同最大前軸設計載荷，會有不同的助力形式，現在根據實車轉向節臂長度不同，整車製造水平不同，供應商能力不同，往往按照齒條輸出力給的助力形式要求也不一樣，大概給個建議如下：
涉及到轉向器助力相關的就是P-EPS\DP-EPS\R-EPS了，如下圖：
P-EPS
DP-EPS
R-EPS
選定助力形式，需要確定就是助力機構的減速比了，對於後期算電機轉速和扭矩都有用。
1.1.6 確定電機參數
電機的選擇一般針對電機的轉速-扭矩曲線，校核方法一般是指定幾個典型工況，比如原地轉向工況、低速轉向工況、高速轉向工況，根據不同工況不同的方向盤轉速及扭矩，推算所需電機扭矩及轉速，例如下圖為某項目DP-EPS電機的匹配工況：
根據上表可以得到需求電機的轉速-扭矩曲線：
最終要求選取的電機轉速-扭矩曲線全部在上圖中藍色線的上方。當然，現在供應商的工況及考核方法越來越複雜，目的也是為了在前期匹配過程中減少後期助力不滿足要求的風險。
1.1.7 確定助力特性
轉向器的助力特性目前供應商有自己成熟的一套方法，主機廠的主要工作是跟蹤轉向器的整車標定，根據主觀或者客觀的評價方法確定供應商的助力策略是否滿足開發要求。
不過需要提一下最基本的助力要求，在車速提高時，同樣的方向盤操作力，對應的轉向助力是降低，這話說的比較白話，就是這麼個意思吧，具體可以看下圖：
八點六線或者六點六線，都見過。
1.1.8 齒輪齒條夾角
根據懸架硬點及轉向傳動力矩波動設定。11-22度的夾角都見過。如下圖紅色框。
1.1.8 轉向輸入軸長度
與轉向器上面第一個萬向節叉的中心點到轉向器齒輪齒條嚙合齒條中心的距離有關。這個值一般不宜設置過長，其長度設定跟輸入軸與節叉的配合結構、節叉尺寸、轉向器內部結構都有關係。如上圖藍色框。
1.1.9 齒條直徑
根據齒條輸出力設定，22-30mm的都見過。
1.1.10 斷開點長度
可以理解為轉向齒條的長度，根據轉向拉杆內點確定。最近我收到供應商反饋，轉向器齒條內點跨距不宜做的太長，900mm就不小了。
1.1.11 轉向器拉杆長度
根據懸架硬點確定，轉向拉杆尺寸需要CAE分析。
轉向拉杆與轉向節臂的夾角，最大值不要大於150°，容易形成死點。
1.1.12 轉向系統扭杆剛度
這個最好去問問性能，他們分析用得著。
1.1.13 助力結構電子插件的型號和定義
這個找供應商要來就行，主要跟電子電器以及整車控制配接用的。
1.1.14 球頭夾角校核
a.轉向器內點球頭夾角一般在25-28，別做到最大，這個在前期硬點設計的時候就考慮。
b.轉向拉杆外點球頭夾角有全圓和橢圓兩種（下圖），最後用模型求出球頭軸線的包絡再做校核。
c. 根據球頭定義與轉向節的配合關係。
1.1.15 安裝點及拆裝
安裝點拆裝的空間得校核，起碼不能讓自己把自己擋住，我以前做過一個轉向器輸入軸擋住轉向器安裝點的失敗案例。
1.1.16 輸入軸花鍵的配合方式
異形孔還是花鍵配合，是否有周向定位。
1.1.17 轉向內部一些參數
多為供應商根據自己成熟的尺寸齒條模數來做，拿過來檢查下就好。
1.1.18 CAD設計
轉向器的設計布置，之前做了一個CAD的設計list，也不夠全面，拿去看看吧。
活動推薦：
華車展ICVS將於2022.9.26-29 蘇州國際博覽中心舉辦中國智能汽車及自動駕駛博覽會，同期舉辦：中國智能汽車產業鏈展，展會規模超30,000㎡、參展品牌500+、共計30,000+專業觀眾到場，同期還有100場行業大咖演講。點擊ICVS自動駕駛商業化主頁—>進入菜單欄展會報名頁面，即可免費領取參觀門票，現階段報名還將獲取更多福利。