轉向系統的優化設計對整車方向盤振動問題的改善研究

萬里，鄭勇

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052）

轉向系統的優化設計對整車方向盤振動問題的改善研究

萬里，鄭勇

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052）

國內某車企將某款商用車的變速箱由MT變更為AT后，進行整車NVH性能主觀評價時，發現在怠速開空調、D檔的工況下方向盤振動過大影響駕駛員的駕駛舒適性。針對此問題，分析方向盤振動的來源和機理，通過優化轉向系統的結構來改善方向盤振動問題，并運用試驗來驗證其有效性。

方向盤；振動；轉向系統；優化設計

前言

隨著人類社會的高速發展和進步，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、振動及聲振粗糙度，是汽車駕駛舒適性的重要評價指標[1]。而汽車發動機怠速時方向盤的振動現象更是直接影響到駕駛員的室內駕駛感受，所以方向盤振動對整車的駕駛舒適性和品牌口碑都有不利的影響。故改善汽車發動機怠速時方向盤的振動問題對提高整車質量及駕駛員的駕駛舒適性有重要意義。

1 方向盤振動問題及機理分析

問題車型介紹：某汽油款自動檔商用車在發動機怠速開空調、D檔的工況下存在明顯的方向盤振動問題，尤其是在825r/min，開空調的情況下，方向盤振幅最大。

方向盤振動問題主要是由激勵源激勵，經由傳遞路徑傳遞到方向盤引起的。尤其是當方向盤的固有頻率與激勵頻率耦合時會發生共振，產生較大振動。方向盤振動的激勵源主要有發動機的激勵和來自路面的激勵。而具體的傳遞路徑主要是通過懸置系統、排氣系統到達車身、車架，再通過車身、車架傳遞給轉向系統直至方向盤；或者通過傳動系統到達轉向系統直至方向盤，使方向盤發生振動，如圖1所示[2]。

圖1 方向盤怠速振動傳遞路徑

實驗研究表明發動機怠速時的激勵源主要由最低階激勵（4缸直列發動機為2階，6缸直列發動機為3階）引起。一般情況下，商用車發動機怠速轉速都是在600-1000r/min這個范圍內，4缸發動機的激振頻率一般為20～35Hz，6缸一般為30～37.5Hz[3]。如果方向盤的固有頻率和激勵頻率接近，將會使方向盤發生劇烈振動。為避免方向盤的怠速共振，要求轉向系統中方向盤的固有頻率高于發動機的怠速激勵頻率。

2 轉向系統的結構優化及NVH測試

圖2 轉向系統結構示意圖

轉向系統主要的結構設計因素包括：方向盤的重量、轉向管柱與儀表橫梁的連接支架的幾何形狀、轉向系統的質量分布（零件板厚）等。這些因素是影響轉向系統方向盤固有頻率的主要因素，也是設計時需要著重考慮的問題，常見的轉向系統如圖2所示。其中，減輕方向盤和主駕駛安全氣囊的重量、減小方向盤的轉動慣量、提高方向盤骨架剛度能有效提高方向盤的固有頻率。同時通過加寬轉向柱安裝支架、減小支架高度和增加加強筋等改進，也可以使得方向盤的模態頻率有所提高。

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

圖3 轉向系統優化前后方向盤振動頻率和振幅

3 結論

本文以某車型怠速時方向盤振動過大為例，通過對汽車怠速工況下方向盤振動產生機理及傳遞路徑的分析，研究從轉向系統的結構設計方面對方向盤振動問題的改善方法。并通過對樣件試裝驗證及測試，論證了通過優化轉向系統的結構設計達到提高方向盤固有頻率，從而實現避免怠速共振的優化方法，為轉向系統的設計提供參考。

[1] 龐劍,諶剛.汽車噪聲與振動—理論與應用[M].北京:北京理工大學出版社,2006年.

[2] 李靜波,王暉,王雷.某車怠速方向盤振動問題研究[J].中國汽車工程學會年會論文集,2014年02期1285-1289頁.

[3] 盧曦,周萍,孫躍東等.汽車等速萬向節的現狀與發展[J].機械設計與制造,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，從事領域為汽車底盤的設計開發及研究工作。鄭勇（1981-），男，轉向工程師，從事領域為汽車轉向系統的設計開發及研究工作。

CLC NO.:U468

A

1671-7988(2017)22-65-02