基于K&C試驗(yàn)的車輛方向盤打手改善研究

孔令年　黃烈錦　梁天鍵　林泛業(yè)　李涇

摘 要：通過某車型過減速帶時(shí)方向盤打手現(xiàn)象，從四輪定位、裝配誤差等方面提出打手原因，排除次要原因，應(yīng)用懸架K&C特性試驗(yàn)臺找出問題主因，并用仿真軟件解決問題。關(guān)鍵詞：方向盤打手;K&C試驗(yàn);仿真中圖分類號：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）01-114-03

Abstract： Analyzed steering kickback after bumping in low speed. Using Suspension K&C Measurement System to find out the main cause of the problem. And find the way out with ADAMS simulation software.Keywords： Steering kickback; K&C test; SimulationCLC NO.： U467? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）01-114-03

前言

方向盤是駕駛員操縱車輛的重要部件，在行駛過程中，通常需要雙手扶穩(wěn)控制方向。方向盤打手（Steering Kick back），是轉(zhuǎn)向輪因受到地面沖擊，所受力和力矩未完全抵消經(jīng)過轉(zhuǎn)向系后通過方向盤傳遞給駕駛員，正常的路面反饋可以告知駕駛員謹(jǐn)慎駕駛，但非預(yù)期的路面反饋會(huì)讓駕駛員突然提高注意力，引起不適，甚至影響行駛安全。這種現(xiàn)象一般在車輛經(jīng)過減速帶、鐵軌或在轉(zhuǎn)彎過坑時(shí)表現(xiàn)比較明顯。

因此車輛的開發(fā)過程中應(yīng)避免非預(yù)期的方向盤打手問題出現(xiàn)。本文針對某車輛，前輪低速（約20km/h）同時(shí)過減速帶時(shí)出現(xiàn)方向盤偏擺打手現(xiàn)象進(jìn)行深入研究，運(yùn)用懸架K&C特性試驗(yàn)臺，找出并解決此車方向盤打手問題。

1 原因分析

造成方向盤打手的原因有很多，四輪定位參數(shù)偏差、減振器故障、左右輪荷差異大、懸置襯套老化破損、設(shè)計(jì)缺陷、裝配誤差、樣件尺寸超偏差等均會(huì)引起方向盤打手現(xiàn)象的出現(xiàn)。

對車輛進(jìn)行四輪定位參數(shù)測量，再次確認(rèn)車輛四輪定位值是否在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，結(jié)果見表1;檢查前輪左右懸架部件，未見異常;稱重顯示左右輪荷在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，稱重結(jié)果見表1;此車為全新底盤零部件裝車，排除懸置老化等原因。

對于設(shè)計(jì)缺陷、裝配誤差、樣件尺寸原因，由于底盤件多，空間復(fù)雜，無法準(zhǔn)確判斷，決定通過進(jìn)行懸架K&C特性試驗(yàn)，進(jìn)一步找出問題。

2 懸架K&C簡介

懸架K&C是指懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)（Kinematics）與彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)（Compliance），簡稱K&C，K特性描述的是車輪在懸架彈簧變形和轉(zhuǎn)向時(shí)的運(yùn)動(dòng)，特指當(dāng)車輪上下移動(dòng)時(shí)，車輪的定位參數(shù)、懸架的剛度、側(cè)傾剛度等參數(shù)的相應(yīng)變化關(guān)系，可理解為懸架固有運(yùn)動(dòng)特性;而C特性則是指在考慮橡膠襯套等彈性連接件對懸架性能影響的情況下，輪胎和路面之間力和力矩引起的車輪定位參數(shù)、懸架剛度等參數(shù)的變化關(guān)系。

表2為底盤懸架K&C試驗(yàn)內(nèi)容及主要結(jié)果輸出。一般認(rèn)為輪跳試驗(yàn)和轉(zhuǎn)向試驗(yàn)是針對K特性的試驗(yàn)，側(cè)向力、縱向力及回正力矩試驗(yàn)是針對C特性的試驗(yàn)。

2.1 所需K&C試驗(yàn)篩選及方法

由于該車出現(xiàn)方向盤打手的現(xiàn)象是在前輪同時(shí)過減速帶時(shí)，所以選定同向輪跳試驗(yàn)作為此次分析研究的K&C試驗(yàn)內(nèi)容。而同向輪跳試驗(yàn)中與車輪轉(zhuǎn)向相關(guān)的參數(shù)為前束角變化、外傾角變化，因此重點(diǎn)關(guān)注前軸此兩項(xiàng)結(jié)果。

懸架K&C試驗(yàn)的同向輪跳的試驗(yàn)方法為：（1）車身固定，鎖止方向盤，防止因方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)影響試驗(yàn)結(jié)果;（2）四輪踩制動(dòng)踩死，防止車輪滾動(dòng);（3）同軸左右加載平臺同時(shí)同向垂直移動(dòng);（4）同時(shí)通過加載平臺控制，消除縱向力、側(cè)向力及回正力矩，只讓車輛受到垂向運(yùn)動(dòng)力;（5）運(yùn)動(dòng)過程中同步測量各個(gè)車輪的參數(shù)：垂直載荷、前束角、外傾角、輪心及輪胎印跡中心位移等。圖1為雙軸懸架K&C試驗(yàn)臺及同向輪跳試驗(yàn)示意圖。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

表3為該車的同向輪跳試驗(yàn)結(jié)果匯總，可以看出該車前軸左右懸架的總剛度（Ride Rate）、輪心剛度（Wheel Rate）、輪胎剛度（Radial Rate）基本一致。又試驗(yàn)過程中方向盤鎖止，所以左右兩輪的前束角變化可以匯總為轉(zhuǎn)向角變化（Steer Angle Change）?？梢钥闯鲎笄埃↙f）和右前（Rf）Steer Angle Change變化值有較大差異。而Steer Angle Change的具體變化趨勢可從試驗(yàn)結(jié)果輸出相應(yīng)曲線進(jìn)一步分析。

圖2為該車的前軸同向輪跳轉(zhuǎn)向角變化曲線，既左右輪的前束值變化曲線。在曲線上可以看出兩輪同時(shí)向上或向下跳動(dòng)時(shí)（Z軸負(fù)向?yàn)樯咸?，左右輪的前束值變化不對稱。路試時(shí)在前輪輪心處安裝位移傳感器，讀取輪心最大位移，前輪過減速帶時(shí)輪心處位移z變化量在-40mm～40mm左右。而從懸架K&C試驗(yàn)結(jié)果來看，在-40mm～40mm范圍的輪跳運(yùn)動(dòng)中，右前輪（Rf）轉(zhuǎn)向角變化值變化值在0°～0.1°，而左前輪（Lf）轉(zhuǎn)向角變化呈線性趨勢，變化值在-0.2°～0.1°。疊加后轉(zhuǎn)向角變化值為-0.2°～0.2°，正常疊加轉(zhuǎn)向角變化值應(yīng)為0°。

圖3為轉(zhuǎn)向簡圖，當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度b，轉(zhuǎn)向輪左右隨動(dòng)同時(shí)偏轉(zhuǎn)a，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，其中b與a的關(guān)系與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比有關(guān)。同理，若讓轉(zhuǎn)向輪同向偏轉(zhuǎn)a，則方向盤處也會(huì)相對轉(zhuǎn)動(dòng)b。正因?yàn)樵撥囕v過減速帶時(shí)左右轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角度方向一致，進(jìn)而導(dǎo)致方向盤偏轉(zhuǎn)，進(jìn)一步反饋到駕駛員手上。

4 問題解決

與車輪轉(zhuǎn)向角變化有關(guān)的底盤件主要有兩個(gè)：轉(zhuǎn)向橫拉桿與下擺臂。又該車四輪定位在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，故對轉(zhuǎn)向機(jī)安裝位置進(jìn)行檢查。通過對實(shí)車轉(zhuǎn)向機(jī)安裝點(diǎn)位置z向厚度進(jìn)行測量，對比發(fā)現(xiàn)右側(cè)安裝點(diǎn)z向比左側(cè)高出2mm左右，所以轉(zhuǎn)向機(jī)安裝位置的尺寸超偏差是導(dǎo)致此次問題的主要原因。又因轉(zhuǎn)向機(jī)安裝于副車架，副車架安裝于車底，車底與副車架安裝位置、副車架與轉(zhuǎn)向機(jī)安裝位置的偏差疊加會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向機(jī)安裝位置尺寸超偏差。

使用ADAMS仿真軟件進(jìn)一步確認(rèn)具體差值，通過模擬調(diào)整轉(zhuǎn)向機(jī)右側(cè)安裝位置，發(fā)現(xiàn)z向墊高2.5mm后，同向輪跳仿真的曲線趨勢與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果相近，見圖4。

由于副車架與車身安裝點(diǎn)無法變動(dòng)，所以對該車輛轉(zhuǎn)向機(jī)右安裝點(diǎn)與副車架接觸位置z向削薄約2.5mm后，再次進(jìn)行同向輪跳試驗(yàn)，試驗(yàn)曲線結(jié)果如圖5所示，可見同向輪跳轉(zhuǎn)向角變化曲線基本對稱。最后進(jìn)行實(shí)車路試，低速過減速帶后方向盤打手現(xiàn)象消失，由此問題解決。

5 結(jié)論

本文以某車輛前輪同時(shí)過減速帶時(shí)出現(xiàn)方向盤打手問題作為研究，通過懸架K&C試驗(yàn)臺查找問題主要來源，并使用ADAMS仿真軟件再現(xiàn)曲線得出具體的問題解決方案，最后重新進(jìn)行K&C試驗(yàn)及路試確認(rèn)問題是否解決。懸架K&C試驗(yàn)臺的多種試驗(yàn)工況可以反應(yīng)和解決各種與底盤懸架相關(guān)的問題。

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