轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對整車方向盤振動(dòng)問題的改善研究

萬里，鄭勇

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052）

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對整車方向盤振動(dòng)問題的改善研究

萬里，鄭勇

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052）

國內(nèi)某車企將某款商用車的變速箱由MT變更為AT后，進(jìn)行整車NVH性能主觀評價(jià)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在怠速開空調(diào)、D檔的工況下方向盤振動(dòng)過大影響駕駛員的駕駛舒適性。針對此問題，分析方向盤振動(dòng)的來源和機(jī)理，通過優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來改善方向盤振動(dòng)問題，并運(yùn)用試驗(yàn)來驗(yàn)證其有效性。

方向盤；振動(dòng)；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言

隨著人類社會(huì)的高速發(fā)展和進(jìn)步，人們對汽車駕駛舒適性的要求也越來越高。其中汽車的NVH性能，即噪聲、振動(dòng)及聲振粗糙度，是汽車駕駛舒適性的重要評價(jià)指標(biāo)[1]。而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)方向盤的振動(dòng)現(xiàn)象更是直接影響到駕駛員的室內(nèi)駕駛感受，所以方向盤振動(dòng)對整車的駕駛舒適性和品牌口碑都有不利的影響。故改善汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)方向盤的振動(dòng)問題對提高整車質(zhì)量及駕駛員的駕駛舒適性有重要意義。

1 方向盤振動(dòng)問題及機(jī)理分析

問題車型介紹：某汽油款自動(dòng)檔商用車在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速開空調(diào)、D檔的工況下存在明顯的方向盤振動(dòng)問題，尤其是在825r/min，開空調(diào)的情況下，方向盤振幅最大。

方向盤振動(dòng)問題主要是由激勵(lì)源激勵(lì)，經(jīng)由傳遞路徑傳遞到方向盤引起的。尤其是當(dāng)方向盤的固有頻率與激勵(lì)頻率耦合時(shí)會(huì)發(fā)生共振，產(chǎn)生較大振動(dòng)。方向盤振動(dòng)的激勵(lì)源主要有發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)和來自路面的激勵(lì)。而具體的傳遞路徑主要是通過懸置系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)到達(dá)車身、車架，再通過車身、車架傳遞給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直至方向盤；或者通過傳動(dòng)系統(tǒng)到達(dá)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直至方向盤，使方向盤發(fā)生振動(dòng)，如圖1所示[2]。

圖1 方向盤怠速振動(dòng)傳遞路徑

實(shí)驗(yàn)研究表明發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的激勵(lì)源主要由最低階激勵(lì)（4缸直列發(fā)動(dòng)機(jī)為2階，6缸直列發(fā)動(dòng)機(jī)為3階）引起。一般情況下，商用車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速都是在600-1000r/min這個(gè)范圍內(nèi)，4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的激振頻率一般為20～35Hz，6缸一般為30～37.5Hz[3]。如果方向盤的固有頻率和激勵(lì)頻率接近，將會(huì)使方向盤發(fā)生劇烈振動(dòng)。為避免方向盤的怠速共振，要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中方向盤的固有頻率高于發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速激勵(lì)頻率。

2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及NVH測試

圖2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素包括：方向盤的重量、轉(zhuǎn)向管柱與儀表橫梁的連接支架的幾何形狀、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的質(zhì)量分布（零件板厚）等。這些因素是影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤固有頻率的主要因素，也是設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮的問題，常見的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖2所示。其中，減輕方向盤和主駕駛安全氣囊的重量、減小方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、提高方向盤骨架剛度能有效提高方向盤的固有頻率。同時(shí)通過加寬轉(zhuǎn)向柱安裝支架、減小支架高度和增加加強(qiáng)筋等改進(jìn)，也可以使得方向盤的模態(tài)頻率有所提高。

按照上述優(yōu)化方案優(yōu)化方向盤（方向盤和 DAB重量由3.2kg減輕到2.85kg）和優(yōu)化轉(zhuǎn)向管柱（轉(zhuǎn)向管柱安裝支架厚度由2.5mm加厚到3.5mm），到問題車上進(jìn)行試裝測試方向盤振動(dòng)頻率和振幅，結(jié)果表明振動(dòng)問題改善明顯，如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化前后方向盤振動(dòng)頻率和振幅

3 結(jié)論

本文以某車型怠速時(shí)方向盤振動(dòng)過大為例，通過對汽車怠速工況下方向盤振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理及傳遞路徑的分析，研究從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面對方向盤振動(dòng)問題的改善方法。并通過對樣件試裝驗(yàn)證及測試，論證了通過優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到提高方向盤固有頻率，從而實(shí)現(xiàn)避免怠速共振的優(yōu)化方法，為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

[1] 龐劍,諶剛.汽車噪聲與振動(dòng)—理論與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2006年.

[2] 李靜波,王暉,王雷.某車怠速方向盤振動(dòng)問題研究[J].中國汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集,2014年02期1285-1289頁.

[3] 盧曦,周萍,孫躍東等.汽車等速萬向節(jié)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011年18卷20期158-160頁.

Research on optimization of steering system design to improve the vehicle steering wheel vibration issue

Wan Li, Zheng Yong
( Jiangling Motors Corporation, Ltd., Jiangxi Nanchang 330052 )

An automobile company changed manual transmission (MT) to auto transmission (AT) on a commercial vehicle in domestic, when evaluated the vehicle NVH performance subjectively, finding that steering wheel had too much vibration which would lead bad driving comfort in idle and air conditioning on, or forward gear. By analyzing the source and mechanism of the steering wheel vibration, optimizing the structural of the steering system can improve this issue, and using the experiment to verify the correctness of new design at last.

steering wheel; vibration; steering system; optimizing

U468

A

1671-7988(2017)22-65-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.022

萬里（1972-），男，底盤資深工程師，從事領(lǐng)域?yàn)槠嚨妆P的設(shè)計(jì)開發(fā)及研究工作。鄭勇（1981-），男，轉(zhuǎn)向工程師，從事領(lǐng)域?yàn)槠囖D(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)及研究工作。

CLC NO.:U468

A

1671-7988(2017)22-65-02