许中一，苏小平

(南京工业大学 机械与动力工程学院，江苏 南京 210009)

0 引言

在转向柱式电动助力转向系统(以下简称C-EPS)中，输入轴承载由方向盘传出的力矩，并通过扭杆将力矩再传递到输出轴[1]。C-EPS工作时，输入轴跟随方向盘转动，扭杆与输入轴之间以销连接，扭杆与输出轴之间为过盈配合。由于这种连接设计，输入轴有转矩输入时，输入轴与输出轴之间发生相对10°的转动，扭杆发生弹性变形，再由传感器将相对转动角度转变成电信号传给ECU，ECU结合各种传感器信号以及扭杆的形变量决定电机的旋转方向和助力电流的大小，从而完成实时控制助力转向[2]。所以，输入与输出轴之间尺寸较小的扭杆作为弹性件，它的强度就显得非常重要。

C-EPS系统的轴总成如图1所示。

图1 轴总成示意图

图2(a)所示为对扭杆研究之前的扭杆结构状态，对该结构的扭杆进行多样本持续高周疲劳试验后，扭杆在图2(b)，图2(c)，图2(d)所示位置发生断裂。所以对扭杆结构方案的讨论和优化研究是有必要的。

图2 改进前高周疲劳试验结果图

1 三维模型的建立和工作条件的选取

运用CATIA建立C-EPS轴总成部分的三维模型，三维模型包括输入轴、扭杆、输出轴和销。

研究对象车型转向器传动比为36。转向时，驾驶员作用到方向盘上的手力即输入轴的输入扭矩与车轮在地面上回转时产生的转向阻力矩有关[3]。影响原地转向阻力矩的主要因素有：1) 转向轴的负荷；2) 轮胎与地面之间的滑动摩擦系数；3) 轮胎气压。计算公式如式(1)、式(2)所示：