基于K&C試驗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，應用懸架K&C特性試驗臺找出問題主因，并用仿真軟件解決問題。關鍵詞：方向盤打手;K&C試驗;仿真中圖分類號：U467? 文獻標識碼：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），是轉向輪因受到地面沖擊，所受力和力矩未完全抵消經(jīng)過轉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慎駕駛，但非預期的路面反饋會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、鐵軌或在轉彎過坑時表現(xiàn)比較明顯。

因此車輛的開發(fā)過程中應避免非預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）同時過減速帶時出現(xiàn)方向盤偏擺打手現(xiàn)象進行深入研究，運用懸架K&C特性試驗臺，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、設計缺陷、裝配誤差、樣件尺寸超偏差等均會引起方向盤打手現(xiàn)象的出現(xiàn)。

對車輛進行四輪定位參數(shù)測量，再次確認車輛四輪定位值是否在設計范圍內，結果見表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計范圍內，稱重結果見表1;此車為全新底盤零部件裝車，排除懸置老化等原因。

對于設計缺陷、裝配誤差、樣件尺寸原因，由于底盤件多，空間復雜，無法準確判斷，決定通過進行懸架K&C特性試驗，進一步找出問題。

2 懸架K&C簡介

懸架K&C是指懸架運動學（Kinematics）與彈性運動學（Compliance），簡稱K&C，K特性描述的是車輪在懸架彈簧變形和轉向時的運動，特指當車輪上下移動時，車輪的定位參數(shù)、懸架的剛度、側傾剛度等參數(shù)的相應變化關系，可理解為懸架固有運動特性;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)的變化關系。

表2為底盤懸架K&C試驗內容及主要結果輸出。一般認為輪跳試驗和轉向試驗是針對K特性的試驗，側向力、縱向力及回正力矩試驗是針對C特性的試驗。

2.1 所需K&C試驗篩選及方法

由于該車出現(xiàn)方向盤打手的現(xiàn)象是在前輪同時過減速帶時，所以選定同向輪跳試驗作為此次分析研究的K&C試驗內容。而同向輪跳試驗中與車輪轉向相關的參數(shù)為前束角變化、外傾角變化，因此重點關注前軸此兩項結果。

懸架K&C試驗的同向輪跳的試驗方法為：（1）車身固定，鎖止方向盤，防止因方向盤轉動影響試驗結果;（2）四輪踩制動踩死，防止車輪滾動;（3）同軸左右加載平臺同時同向垂直移動;（4）同時通過加載平臺控制，消除縱向力、側向力及回正力矩，只讓車輛受到垂向運動力;（5）運動過程中同步測量各個車輪的參數(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試驗臺及同向輪跳試驗示意圖。

3 試驗結果分析

表3為該車的同向輪跳試驗結果匯總，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向角變化（Steer Angle Change）。可以看出左前（Lf）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結果輸出相應曲線進一步分析。

圖2為該車的前軸同向輪跳轉向角變化曲線，既左右輪的前束值變化曲線。在曲線上可以看出兩輪同時向上或向下跳動時（Z軸負向為上跳），左右輪的前束值變化不對稱。路試時在前輪輪心處安裝位移傳感器，讀取輪心最大位移，前輪過減速帶時輪心處位移z變化量在-40mm～40mm左右。而從懸架K&C試驗結果來看，在-40mm～40mm范圍的輪跳運動中，右前輪（Rf）轉向角變化值變化值在0°～0.1°，而左前輪（Lf）轉向角變化呈線性趨勢，變化值在-0.2°～0.1°。疊加后轉向角變化值為-0.2°～0.2°，正常疊加轉向角變化值應為0°。

圖3為轉向簡圖，當方向盤轉動一定角度b，轉向輪左右隨動同時偏轉a，進而實現(xiàn)轉向，其中b與a的關系與轉向傳動比有關。同理，若讓轉向輪同向偏轉a，則方向盤處也會相對轉動b。正因為該車輛過減速帶時左右轉向輪偏轉角度方向一致，進而導致方向盤偏轉，進一步反饋到駕駛員手上。

4 問題解決

與車輪轉向角變化有關的底盤件主要有兩個：轉向橫拉桿與下擺臂。又該車四輪定位在設計范圍內，故對轉向機安裝位置進行檢查。通過對實車轉向機安裝點位置z向厚度進行測量，對比發(fā)現(xiàn)右側安裝點z向比左側高出2mm左右，所以轉向機安裝位置的尺寸超偏差是導致此次問題的主要原因。又因轉向機安裝于副車架，副車架安裝于車底，車底與副車架安裝位置、副車架與轉向機安裝位置的偏差疊加會導致轉向機安裝位置尺寸超偏差。

使用ADAMS仿真軟件進一步確認具體差值，通過模擬調整轉向機右側安裝位置，發(fā)現(xiàn)z向墊高2.5mm后，同向輪跳仿真的曲線趨勢與實際試驗結果相近，見圖4。

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

5 結論

本文以某車輛前輪同時過減速帶時出現(xiàn)方向盤打手問題作為研究，通過懸架K&C試驗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，最后重新進行K&C試驗及路試確認問題是否解決。懸架K&C試驗臺的多種試驗工況可以反應和解決各種與底盤懸架相關的問題。

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