随着我国汽车市场的扩大,转向系统需求量也在持续增长。其中,电动助力转向系统(EPS)由于其安全性、舒适性和环保性等众多优点而受到越来越多的重视。本文运用有限元方法和结构优化方法,对某公司设计开发的管柱式电动助力转向系统进行有限元分析和结构优化设计,从而提高汽车转向系统的吸能特性和NVH性能。本文首先建立了转向内管压入力影响因素的鱼骨图,通过排查分析确定转向管柱吸能结构的过盈量设计值不合理,导致了转向内管压入力异常。为了得到正确的过盈量取值范围,首先在CATIA软件中建立了“转向外管-滑动衬套-转向内管”的三维模型,导入到前处理软件HyperMesh中进行几何清理与网格划分。然后将网格模型导入有限元分析软件ABAQUS中,设置过盈接触属性和边界条件,计算得到不同过盈量下的转向内管压入力和滑动衬套接触表面上应力分布云图,并通过压装试验验证有限模型的正确性。最后根据有限元分析结果,给出了合适的转向管柱吸能结构过盈量取值范围。针对发动机怠速工况下,方向盘抖动过大的现象,首先阐述了发动机怠速振动传递机理,并通过理论公式计算得到常见四缸四冲程发动机怠速振动频率值。然后在CATIA软件中建立转向系统的三维模型,在HyperMesh中对三维模型进行几何清理、网格划分、添加材料属性和边界条件,建立了转向系统的有限元模型。最后将有限元模型导入分析软件Optistruct中进行约束模态分析,得到转向系统的前6阶固有频率。为提高转向系统一阶固有频率,首先将转向系统中主要板件厚度值作为设计变量,基于灵敏度分析结果,确定其中的5个板件厚度值为设计变量。利用哈莫斯雷采样方法进行试验设计,得到30组样本点。然后利用最小二乘法拟合得到转向系统一阶固有频率的二阶响应面模型,并通过复相关系数、修正复相关系数和均方根误差对近似模型拟合精度进行检查。最后基于响应面近似模型,采用序列二次规划算法对转向系统进行结构优化。结果表明,结构优化后的转向系统一阶固有频率达到了 33Hz以上,成功避开了发动机怠速激励频率,有效抑制了怠速方向盘振动。