淺談汽車行駛時方向盤抖動主因分析

郭 俊

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

引言

汽車工業不斷發展和人們需求不斷提升的同時，人們對汽車的要求也越來越高，既要求舒適性，又要求可靠性。整車質量，尤其是影響整車的安全和功能的質量問題，成為不容忽視的問題。方向盤抖動影響駕駛人員的舒適性，同時由較大的安全隱患，文章對各影響因素逐一進行分析，找出了車輛高速行駛時方向盤抖動的主要原因。

1 概述

1.1 主要故障表現

汽車在正常路面一般時速（0～90Km/h）行駛時，方向盤無異常現象，當車速增加到大于100Km/h時，方向盤以圓心為中心，往復擺振，隨車速的繼續增加，震動幅度增加。

1.2 振動傳遞路徑的檢測

1.2.1 轉向系統共振頻率測量位置

在轉向系統上方向盤12點位置、轉向機殼體側、轉向橫拉桿銷固定螺母端(左右)及輪胎布置5個點。

1.2.2 轉向系統共振頻率測量

根據方向盤擺動的狀況主要考慮Y向的震動情況，實測數據為：一階：f實測=14.19Hz，二階：f實測=29.35Hz。

1.2.3 計算值

車速為 110km/h(30.6m/s)時，計算車輪（車輪規格：185R15LT-8PR）與地面相互作用產生激勵頻率為：f=30.6/(3.14*0.64)=14.4Hz一階：14.4Hz；二階：28.8Hz

1.2.4 結論

方向盤振動產生的頻率實測與理論計算基本一致，判斷振動的傳遞路徑：轉向節→轉向器橫拉桿→轉向管柱→方向盤。

1.3 失效模式分析

根據振動傳遞路徑的檢測結果和對故障的觀察，此方向盤的抖動產生可能為車輪與地面相互作用產生激勵頻率沒有被有效的衰減，通過轉向系統傳遞到轉向盤所致。也可能是輪胎等旋轉部件高速時不正常抖動產生的振動傳遞，主要從加振源、抑振能力、共振源所涉及到的零部件方面進行失效模式分析。

1.3.1 抑振能力分析

1）調整轉向器嚙合間隙或閥口的特性曲線在試驗車上進行驗證，結果證明對抖動沒有影響；

2）標桿車(無問題車型)轉向管柱和方向盤無抖動；問題車型換裝標桿車轉向管柱和方向盤存在高速抖動。

1.3.2 共振源分析

懸架換穩定桿加粗，副車架下擺臂連接支架加強，并減震器膠墊、下擺臂前后連接村套硬度調高，試驗車上進行驗證，有一定減弱現象，此方案對抖動消除有一定的作用。

1.3.3 加振源分析

1）輪轂制動盤總成的影響（采取標桿車與故障車相關零部件互換來驗證）。

a.故障車換裝標桿車的懸架和轉向系統件進行驗證產生抖動，依次將方向盤、轉向管柱、減震器、下擺臂總成、螺旋彈簧、轉向節帶輪轂制動盤總成換為標桿車的件，整個過程方向盤均有明顯抖動，直到換件完成抖動消失，可判斷最后更換的件（轉向節輪轂制動盤總成）對抖動有影響。

b.標桿車依次換裝故障車的方向盤、減震器、螺旋彈簧、下擺臂總成、轉向節帶輪轂總成，在未加轉向節帶輪轂總成之前的過程中抖動基本消失，最后狀態產生劇烈抖動；故障車裝標桿車的轉向節帶輪轂總成和輪胎抖動基本消失。

c.使用專業設備對標桿車和故障車的輪轂制動盤進行動平衡檢測，同一個件多次檢出的數值差距很大，無法進行數值確認。

2）輪胎的影響

a.短軸距車輛不存在方向盤高速抖動現象，使用 225/70 R15輪胎，斷面寬228mm，同等負荷下側向剛度大于185R15 LT輪胎，在加大輪胎側向剛度的要求下在試驗車上換裝195/70R15LT 輪胎，抖動有輕微減弱現象；

b.輪胎動平衡和輪輞端面跳動的影響：確認如下：

①挑選動平衡和跳動較好的兩條輪胎，下線時兩胎左右動不平衡量均為5g，0（編號Ⅰ），裝試驗車進行路試，主觀評價抖動消失；

②將有方向盤高速抖動問題車輛的原裝輪胎進行動平衡檢測并進行配重達到技術要求(10g以內)，兩輪胎總成下線時左右動不平衡量分別為7g，0和7g，5g（編號Ⅱ），此輪胎的徑向跳動較差，裝試驗車路試，主觀評價抖動基本消失，比安裝Ⅰ組輪胎的效果稍差；

③在試驗場對兩臺試驗車分別更換Ⅰ、Ⅱ兩組輪胎進行路試，評價結果與問題車相同。

通過驗證分析確認輪胎總成和輪轂制動盤總成的動平衡和跳動狀態差為產生方向盤高速抖動的主要原因。

1.4 輪轂制動盤總成質量控制與提升

1.4.1 技術標準

生產單位的盤轂總成不平衡量和盤轂總成動不平衡質量分別為450g.cm和50g，而研發單位的盤轂總成不平衡量和盤轂總成動不平衡質量分別為300g.cm和33.3g，兩者標準存在較大差異。

1.4.2 實際實物測量

對實物的單輪轂動不平衡質量、盤轂總成動不平衡質量及制動盤跳動進行測量，測量結果均不符合生產單位的標準，且與研發單位的標準存在較大差異。實物質量不達標。

1.4.3 統一技術標準

1）前輪轂帶制動盤合件不平衡量≤240g.cm，不平衡量采用單面檢測和校正，平衡機的精度、標定等滿足GB/T 4201等國標要求，檢測和校正后在輪轂最大圓柱面上用藍色標記重點的位置；

2）如裝配時不與制動盤進行輕重點配對，則前輪轂剩余不平衡量≤190g.cm；

3）如裝配時與制動盤進行輕重點配對，則前輪轂剩余不平衡量≤230g.cm；

4）調整前束標準為0±2mm。

1.4.4 輪轂總成品質提升

按照新技術標準實施后，并增加去重工藝以保證盤轂合件動平衡滿足27g以下的要求。對生產過程隨機抽檢10個盤轂合件，100%符合標準。

1.5 輪胎總成質量控制與提升

1.5.1 輪胎與輪輞相關標準

1）輪輞單邊剩余動不平衡質量≤32g；

2）車輪總成單邊剩余動不平衡質量≤60g；

3）車輪加平衡塊調整后，單邊剩余不平衡質量≤10g；

4）輪輞徑向端向跳動在1.0以內。

1.5.2 實際實物測量

1）經檢測部分輪胎動平衡量達到76g，存在較大的超差，輪胎動平衡合格率僅為25%。

2）輪輞跳動不合格，其中最大值達到1.6，與圖紙要求相差比較大。

輪胎總成與輪輞有一定比例部件實際檢測的數據達不到技術標準。

1.5.3 測量設配的調查

輪胎組裝廠提供檢測記錄將輪胎送至主機廠進行復檢，數據存在差異，主要原因是因為動平衡的測量儀裝卡方式不統一，造成數據偏差大，易出現誤判、無操作。需對各方生產現場動平衡卡裝方式進行統一，確認將原有以輪輻外面作為基準面，以中心孔內圓作為加緊面改為以輪輻內面作為基準面，以中心孔外圓作為夾緊面。

1.5.4 輪臺總成品質控制與提升

1）對廠家進行過程審核；

2）對輪胎動平衡進行全檢；

3）對輪輞跳動、平面度進行抽檢；

4）優化動平衡檢測議。

經過多輪整改，車輪動平衡水平有較大提升，動平衡嚴重超差部件已得到有效控制。

1.6 驗證胎壓對方向盤抖動的影響

測量方向盤抖動故障車輛前輪氣壓，并將氣壓依次降低至不同水平，記錄試驗結果：

1.6.1 首先查找了相關標準，確定輪胎氣壓范圍

標桿車前懸滿載重量1420kg，其輪胎氣壓為280kpa，故障車前懸滿載重量1560kg，輪胎氣壓為450kpa。

1.6.2 實驗車進行驗證

測量氣壓為 450kpa，符合技術要求，依次降低氣壓至400kpa，360kpa，320kpa。經過驗證，氣壓對方向盤抖動情況影響較小，無明顯規律，故排除此項原因。

1.7 檢測線四輪定位校核

處理方向盤抖動故障時，存在部分車輛前輪前束值超差的情況。將前束調整至0-2mm，抖動故障消除或減弱。抽查同一臺車重復測量4次前束的最大差值為0.5mm。協調相關單位對四輪定位儀進行校核后對之前車輛再次重復測量，差值為0.2mm。

經過校準，前輪前束檢測一致性水平已提高至可接受范圍，由設備標定單位定期對設備進行校準。

1.8 驗證效果

對存在故障的車輛進行排查，更換經過控制的零部件（輪轂總成、輪胎總成），方向盤抖動的問題有效地解決。

1.8.1 現場驗證和市場反應情況

通過現場生產車輛進行統計：故障率由 2月份的100%逐步下降至11月的3%，并保持穩定；在市場的一年驗證周期內車輛再無高速行駛時車輛方向盤抖動問題發生。

2 結論

通過對故障現象的說明和對各相關零部件的分析、標準確定以及檢測設配的優化與校核，系統全面地分析了車輛在高速行駛方向盤產生抖動的所有可能因素。采用逐一排查和對比的方法，從各個影響環節中找到了解決的關鍵。從中得出，提升零部件的精度和控制零部件對標質量是控制方向盤高速抖動的最有效手段。

[1] 中國國家標準.GB 7258——2004 機動車運行安全技術條件.北京:中國標準出版社,2004:p9.

[2] 中國國家標準.GB/T 4201-2006/ISO 2953:1999 平衡機的描述檢驗與評定.北京:中國標準出版社,2007:p1-38.

[3] 劉利勝,姜曉 .汽車底盤構造. [M]北京大學出版社.2006:p54-83.

[4] 周長城.汽車振動分析與測試.[M]北京大學出版社.2011:p127-135.