轉(zhuǎn)向前軸對方向盤擺振的影響分析

王曉磊，劉杏莉，王宇鵬，成華東

（1.陜西漢德車橋有限公司產(chǎn)品開發(fā)部，陜西 西安 710200；2.陜西漢德車橋有限公司質(zhì)量管理部，陜西 西安 710200；3.陜西漢德車橋有限公司研究所，陜西 西安 710200；4.陜西漢德車橋有限公司營銷中心，陜西 西安 710200）

前言

隨著客車的不斷發(fā)展，客戶對整車的舒適性等需求不斷提升，特別是整車的振動特性影響顧客的直觀感受；方向盤抖動作為汽車振動類型的一種，其振動特性影響駕駛員的健康及行駛安全；某公交公司司機反饋某品牌8 米客車出現(xiàn)方向盤抖動現(xiàn)象，相對其它品牌方向盤的抖動情況嚴(yán)重，本文基于此問題進行分析，主要探討產(chǎn)生方向盤抖動的原因，同時確認(rèn)轉(zhuǎn)向前軸對方向盤抖動的影響因素大小。

1 故障現(xiàn)象

某品牌8 米客車匹配4.2t 前軸，鋼板彈簧懸架；司機反饋車速（40-60）km/h 方向盤抖動故障嚴(yán)重；同時，某反饋故障車輛裝配不同品牌車橋廠家的前軸，主觀感受裝配某品牌的方向盤抖動程度相對裝配另一品牌的抖動程度不一致。經(jīng)現(xiàn)場實際跟車測試，此故障主要為車輛在經(jīng)過壞路時，周向擺振幅度過大現(xiàn)象；速度越高，周向擺振幅度越厲害；同時對比市場某競品車，在同一路況下，競品車方向盤基本無周向擺振。

2 問題定義

從終端客戶反饋及試車跟蹤來看，整車過顛簸路面時，方向盤周向擺振過大，其可定義為整車方向盤對路面反饋比較靈敏，即所謂“路感”顯著。

擺振分為強迫擺振和自激擺振。

強迫擺振定義為：由于周期性激勵的一種振動現(xiàn)象。

自激擺振定義為：由于零部件自身在振動中產(chǎn)生的周期性激勵源所引起的，其激勵源伴隨著振動的產(chǎn)生而產(chǎn)生。

從上述定義可以看出，目前顧客反饋問題可定義方向盤強迫擺振。

3 問題分析

3.1 方向盤周向擺振的傳遞路徑分析

方向盤擺振的傳遞路徑如下：

圖1

從上述傳遞路徑分析來看，主要從兩方面需解決，分別為解決車輪擺振問題和減少懸架系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運動干涉量問題。

3.2 前輪擺振

前輪擺振產(chǎn)生的原因：陀螺效應(yīng)是引起前輪擺振的一個重要原因。當(dāng)汽車行駛在不平路面，車輪平面將按照汽車前進方向產(chǎn)生一定的偏轉(zhuǎn)角速度，此時高速旋轉(zhuǎn)車輪的動量矩的方向要發(fā)生變化，由于陀螺效應(yīng)，將有一個陀螺力矩作用在車輪上，使轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動；陀螺效應(yīng)引起的車輪繞主銷的振動隨著車速的提高，車輪慣量的增大和車橋擺動角速度的增加而增強。

3.3 懸架系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運動干涉

一般在整車布置轉(zhuǎn)向機的位置時，需要考慮前懸架和轉(zhuǎn)向拉桿的運動協(xié)調(diào)；當(dāng)前輪相對車架或車身上下跳動時，轉(zhuǎn)向節(jié)臂與總拉桿鉸接的球銷中心，一方面對著前輪繞著鋼板彈簧主減所確定的擺動中心擺動，同時要繞著縱拉桿另一端與轉(zhuǎn)向搖臂相鉸接的球銷中心擺動；如果這兩種擺動軌跡差較大，則會引起前輪繞主銷的擺振，最終導(dǎo)致方向盤發(fā)生擺振。

4 解決措施

4.1 前輪擺振

針對上述分析，《汽車工程手冊·基礎(chǔ)篇》中對前輪擺振的影響速度進行仿真分析，得出前輪擺幅幅值隨轉(zhuǎn)向機構(gòu)剛度的增加而減小的結(jié)論，同時對比同類型未出現(xiàn)故障車輛的布置及設(shè)計，發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)向機布置時，為了避免在極限轉(zhuǎn)角時，直拉桿與車架干涉，直拉桿的桿部結(jié)構(gòu)為夾角為150°的兩段，直拉桿結(jié)構(gòu)剛性較差。

韓同群和鄒漢華在《EQ2102 越野汽車前輪擺振影響因素試驗分析及改進措施》通過工程試驗分析方法對失衡量和結(jié)構(gòu)參數(shù)對汽車擺振的影響進行了研究，通過對主銷增加阻尼軸承抑制前輪擺振的效果和控制方案的可行性進行的試驗分析，解決了EQ2102 越野汽車前輪擺振問題。

同時，從受力角度分析，在壞路面上，轉(zhuǎn)向輪受側(cè)向力作用，其方向大小不斷變化，所以需要通過整車設(shè)計方面增加克服輪胎側(cè)向力的變化對方向盤的影響，可以從增大主銷后傾角和減少輪胎內(nèi)偏距改善此問題；

因此，針對前輪擺振問題從以下三個方面進行解決：

（1）更改直拉桿的結(jié)構(gòu)，提高轉(zhuǎn)向系剛度；

（2）前軸增加阻尼軸承結(jié)構(gòu)；

（3）增加前軸后傾角。

4.2 懸架系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運動干涉

根據(jù)理論要求，轉(zhuǎn)向系和懸架系運動干涉量應(yīng)達(dá)到最小，實際設(shè)計時，一般按照車身或車架上跳時干涉量≤5mm；可將其運動干涉量調(diào)整為車架或車身上跳時≤3mm。

同時，由于裝配空氣懸架車輛，其前軸部位等振動系統(tǒng)特性與板簧懸架差異很大，可對比不同懸架型式對方向盤擺振的影響。

由于前期客戶反饋同一整車僅更換前軸品牌，方向盤擺振明顯增加，可對此更換不同品牌的車橋進行驗證。

5 整車道路測試

為了驗證引起方向盤擺振的原因，同時確認(rèn)前軸總成是否為引起方向盤擺振的主要原因，針對上述分析措施進行整車路試驗證；由于無相關(guān)設(shè)備進行數(shù)據(jù)測試，主要通過路試司機和技術(shù)人員進行主觀判斷；為了確保驗證結(jié)果的合理性和尋找主要影響因素，在整車測試時，由同一司機和技術(shù)人員進行主觀判斷，并且一次只采取一項改進措施進行實施驗證，具體驗證措施和改進效果如下：

表1

從上述驗證效果來看，轉(zhuǎn)向前軸作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部分，不是影響方向盤擺振的主要原因，影響方向盤擺振的主要因素與懸架型式和懸架系、轉(zhuǎn)向系的布置有很大關(guān)系，而且單一因素對方向盤擺振問題的解決貢獻相對較小，解決效果不理想；針對此問題需要整車統(tǒng)籌考慮整車懸架系和轉(zhuǎn)向系的布置。

6 結(jié)論

通過上述分析，影響方向盤擺振的因素較多，轉(zhuǎn)向前軸作為轉(zhuǎn)向系的一部分，不是引起其原因的主要因素；此問題較復(fù)雜，與整車的懸架類型、轉(zhuǎn)向系的布置等有很大關(guān)系，單一零件或總成對其影響較小。鑒于上述道路測試僅為主觀判斷，無相關(guān)振動模態(tài)測試數(shù)據(jù)，不能量化到改進效果，此為本次驗證改進的缺陷，建議后續(xù)采集振動數(shù)據(jù)，以更有效的指導(dǎo)改進和評判改進效果。