某車型高速行駛方向盤擺振問題優(yōu)化

周彬彬

安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心 安徽省合肥市 230009

1 引言

隨著我國高速公路的發(fā)展及汽車應(yīng)用的普及，汽車在高速行駛過程中的振動(dòng)問題越來越引起消費(fèi)者的關(guān)注。方向盤擺振是汽車高速行駛過程中常見問題之一，主要由路面激勵(lì)引起，路面及車輪總成是激勵(lì)源，懸架及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是傳遞路徑。由于激勵(lì)源振動(dòng)過大或激勵(lì)源頻率與傳遞路徑固有頻率耦合，導(dǎo)致方向盤劇烈抖動(dòng)。

本文以某車型為例，研究如何通過激勵(lì)源、傳遞路徑及響應(yīng)分析的方法排查方向盤擺振問題的原因，并給出解決措施，為解決這類問題提供一種解決思路和方法。

2 問題描述

某車型車速80Km/h以上時(shí)開始出現(xiàn)方向盤擺振，方向盤繞轉(zhuǎn)向管柱沿左右方向擺動(dòng)，當(dāng)車速達(dá)到110kM/h左右時(shí)方向盤擺振達(dá)到峰值。經(jīng)測(cè)試，110kM/h時(shí)該車方向盤Y向振動(dòng)在13Hz附近存在明顯峰值，振動(dòng)幅值為0.51g，X與Z向無此問題，如圖1所示。

經(jīng)計(jì)算，該車型車速110km/h時(shí)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)頻率12.8Hz，輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與方向盤振動(dòng)頻率一致。為了進(jìn)一步分析引起方向盤擺振的原因，包括激勵(lì)源、傳遞路徑及響應(yīng)，對(duì)方向盤、輪胎總成及輪胎-方向盤的傳遞路徑進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。

3 方向盤擺振問題原因分析

3.1 方向盤模態(tài)測(cè)試

對(duì)該車型進(jìn)行方向盤模態(tài)測(cè)試，從結(jié)果可知方向盤模態(tài)在39Hz左右，方向盤自身模態(tài)在13HZ左右無對(duì)應(yīng)峰值，排除方向盤擺振是由自身模態(tài)被激發(fā)而引起。

3.2 傳遞路徑測(cè)試

對(duì)該車型進(jìn)行車輪軸頭—方向盤的VTF振動(dòng)傳遞函數(shù)測(cè)試，結(jié)果顯示軸頭—方向盤VTF在13Hz左右無對(duì)應(yīng)峰值，排除車輪軸頭-方向盤傳遞路徑與激勵(lì)頻率共振導(dǎo)致方向盤擺振問題。在車身、底盤、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等位置布置振動(dòng)傳感器，對(duì)可能引起方向盤擺振各傳遞路徑進(jìn)行測(cè)試，由結(jié)果可知，車身及底盤測(cè)點(diǎn)在擺振頻率無明顯振動(dòng)峰值，排除擺振是由車身-方向盤傳遞路徑引起。

3.3 輪胎總成測(cè)試

對(duì)該車型軸頭振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，軸頭Y向振動(dòng)為0.03g，明顯大于無擺振問題的車型。為了確認(rèn)軸頭Y向振動(dòng)偏大的原因，對(duì)輪胎、輪轂、輪輞、制動(dòng)盤四個(gè)構(gòu)成輪胎總成部件的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試排查。其中輪胎動(dòng)平衡滿足≤10g的設(shè)計(jì)要求，但輪胎均勻性較差，橫向力波動(dòng)力在10kgf左右，大于同類型其它車型。輪輞及輪轂的端面跳動(dòng)及動(dòng)平衡均滿足設(shè)計(jì)要求。制動(dòng)盤的平面度及動(dòng)平衡滿足設(shè)計(jì)要求，但通過對(duì)比制動(dòng)盤止口配合間隙與輪胎螺栓配合間隙發(fā)現(xiàn)，止口的配合間隙遠(yuǎn)

圖1 方向盤振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

圖2 方向盤模態(tài)測(cè)試

圖3 軸頭-方向盤VTF測(cè)試

經(jīng)計(jì)算，該車型車速110km/h時(shí)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)頻率12.8Hz，輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與方向盤振動(dòng)頻率一致。為了進(jìn)一步分析引起方向盤擺振的原因，包括激勵(lì)源、傳遞路徑及響應(yīng)，對(duì)方向盤、輪胎總成及輪胎-方向盤的傳遞路徑進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。小于螺栓配合間隙，確認(rèn)該車制動(dòng)盤主要通過止口定位，這種定位方式容易造成偏心，影響動(dòng)平衡。對(duì)比其它車型止口+沉頭螺釘?shù)亩ㄎ环绞?，制?dòng)盤偏心安裝的幾率更小，定位更加精確，從結(jié)構(gòu)上減小制動(dòng)盤和輪轂的配合間隙，且制動(dòng)盤固定安裝可提升裝配過程一致性。

3.4 四輪定位參數(shù)測(cè)試

汽車四輪定位參數(shù)是影響方向盤擺振的重要因素之一，對(duì)該車前輪定位參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，該車定位參數(shù)均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。為了驗(yàn)證前輪定位參數(shù)對(duì)該車型擺振幅值的影響，通過單一變量法，在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)分別調(diào)整車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪前束角四個(gè)定位參數(shù)，每次調(diào)整后對(duì)方向盤擺振幅值進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，前輪前束角參數(shù)變化對(duì)方向盤擺振幅值有明顯影響，將前輪前束角調(diào)小后，方向盤擺振幅值也隨之降低，其它定位參數(shù)對(duì)方向盤擺振幅值無明顯影響。

圖4 優(yōu)化前后方向盤振動(dòng)對(duì)比

4 優(yōu)化方案及問題解決

針對(duì)上述引起該車型方向盤擺振問題的關(guān)鍵因素，分別從以下兩個(gè)方向進(jìn)行優(yōu)化提升，一是制動(dòng)盤安裝方式更改為止口+沉頭螺釘固定以提升制動(dòng)盤安裝精度，同時(shí)提升車輪均勻性，要求橫向力波動(dòng)LFV≤6kgf，從而降低車輪總成的激勵(lì)幅值；二是調(diào)整該車型四輪定位參數(shù)，將前輪前束參數(shù)由設(shè)計(jì)上限值調(diào)至下限值。對(duì)優(yōu)化后的效果進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)測(cè)試，優(yōu)化后軸頭Y向振動(dòng)幅值由0.03g降低為0.01g，方向盤Y向振動(dòng)幅值由0.51g降低為0.07g，主觀評(píng)價(jià)方向盤擺振問題基本消除，確認(rèn)優(yōu)化方案有效。

5 結(jié)語

通過對(duì)方向盤擺振的激勵(lì)源、傳遞路徑、響應(yīng)及前輪定位參數(shù)等進(jìn)行排查，找出了引起方向盤擺振問題的主要根源，通過對(duì)輪胎側(cè)向力波動(dòng)、制動(dòng)盤定位方式及前輪前束角參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，有效解決了該車型方向盤擺振問題，提升了該車型高速行駛過程的舒適性。