某SUV車方向盤角振動(dòng)的分析

沈亮，方濱

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052）

前言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量的不斷增長(zhǎng)，汽車保有量在逐漸增多，汽車將變得越來越普及，消費(fèi)者也越來越重視汽車的品質(zhì)和安全。其中方向盤角振動(dòng)是樣車開發(fā)階段常見的振動(dòng)問題，甚至?xí)绊戱{駛員的舒適性和行車安全[1-2]。當(dāng)汽車在高速公路上高速行駛時(shí)（車速通常在 100-120km/h區(qū)間），方向盤不免會(huì)產(chǎn)生些振動(dòng)。但當(dāng)這些振動(dòng)過于強(qiáng)烈時(shí)，則會(huì)引起司機(jī)的強(qiáng)調(diào)抱怨和駕駛不適。本文就某SUV車型出現(xiàn)的方向盤角振動(dòng)（Nibble）問題，詳細(xì)展示了一個(gè)具體的分析案例。

1 主觀與客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)

通過在轉(zhuǎn)向節(jié)臂球頭和方向盤上安裝傳感器進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的采集，并由有駕駛經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)工程師駕駛該款SUV在不同車速下進(jìn)行對(duì)方向盤角振動(dòng)的主觀評(píng)價(jià)。如圖1、圖2所示。

圖1 轉(zhuǎn)向節(jié)球頭測(cè)點(diǎn)

圖2 方向盤測(cè)點(diǎn)

1.1 主觀評(píng)價(jià)

車輛在平坦路面高速行駛（90-120km/h）時(shí)方向盤有明顯角振動(dòng)（稱為Nibble）。在大顛簸路面上行駛（30-80km/h）時(shí)，車輪跳動(dòng)引起的方向盤振動(dòng)響應(yīng)偏大（稱為 Wheel Fight）。未察覺‘前輪擺振’的典型現(xiàn)象（即車輪擺動(dòng)導(dǎo)致車輛蛇形，車頭搖擺等）?？傊?，方向盤角振動(dòng)有兩個(gè)現(xiàn)象（Nibble和Wheel Fight），但前輪擺振沒有明顯跡象。

1.2 客觀測(cè)量（90-120km/h）

通過轉(zhuǎn)向節(jié)臂球頭測(cè)量數(shù)據(jù)可以得知，Y向（紅色）無突出波峰，即車輪無明顯擺振（如圖3所示）。方向盤切向測(cè)量數(shù)據(jù)在車輪旋轉(zhuǎn)頻率處有明顯波峰，即對(duì)應(yīng)有Nibble的存在（如圖4所示）。印證了試驗(yàn)工程師主觀判斷評(píng)價(jià)的正確性，且轉(zhuǎn)向管柱把從方向機(jī)傳來的隨機(jī)振動(dòng)放大較多，是方向盤響應(yīng)過大的根源。

圖3 轉(zhuǎn)向節(jié)臂球頭測(cè)量數(shù)據(jù)

圖4 方向盤切向測(cè)量數(shù)據(jù)

2 轉(zhuǎn)向管柱各分段角振動(dòng)傳遞特性測(cè)量

通過在轉(zhuǎn)向管柱各分段部位處布置傳感器，如圖5所示。來測(cè)量轉(zhuǎn)向管柱各分段部位的振動(dòng)傳遞特性，其中管柱各處傳遞函數(shù)統(tǒng)一修正到方向盤半徑處，如圖6所示。

從圖6可以得出，在5-10Hz之間，P5點(diǎn)的傳遞函數(shù)明顯低于SW，又明顯高于其它點(diǎn)，說明P5與SW之間有明顯相對(duì)運(yùn)動(dòng)，P5與 P4及以下點(diǎn)也有明顯相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在 13Hz附近，P2 和P3都較平坦，但兩側(cè)的點(diǎn)P1和P4有鼓包，說明P1、P4與馬蹄形連接柱有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。所以首先關(guān)注SW與P5之間的連接剛度，剛度提高有助于降低方向盤角振動(dòng)放大效應(yīng)（Wheel Fight）。其次關(guān)注P5與P4之間的連接剛度，剛度提高也有助于降低方向盤角振動(dòng)放大效應(yīng)（Wheel Fight）。上述兩處如有改進(jìn)，對(duì)13Hz附近的放大效應(yīng)（Nibble）會(huì)有所壓制。若有需要，再關(guān)注 P3上面的滑動(dòng)花鍵，以及P1處的聯(lián)軸節(jié)及以下的機(jī)構(gòu)剛度、阻尼。

圖5 管柱各傳感器布置點(diǎn)說明圖

圖6 管柱各處傳遞函數(shù)

3 結(jié)論

本文主要針對(duì)國(guó)內(nèi)某款 SUV車型在行駛過程中出現(xiàn)的方向盤角振動(dòng)問題，提出使用測(cè)試轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞函數(shù)的思路來診斷出現(xiàn)該問題的根源，并詳細(xì)展示了一個(gè)具體的測(cè)試過程。為以后的同類似問題提供一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龇椒ā?/p>

[1] 陳書明.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)NVH研究綜述.汽車工程學(xué)報(bào),Vol 1,No5, Nov.2011:429-441.

[2] 龐劍.汽車噪聲與振動(dòng)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2006.