某車型高速行駛方向盤擺振分析

王朝建 馬曉敏 鄭昌龍

摘 要：研究高速行駛方向盤擺振影響因素與測試方法。針對某款乘用車方向盤擺振的現象進行原因分析，通過對其進行道路再現試驗，測試分析輪胎至方向盤的靈敏度，可知該車對輪胎異相位的激勵非常靈敏;以副車架為參考點，建立模型，通過ODS分析進一步驗證擺振產生原因。該研究為高速行駛方向盤擺振問題的解決提供依據。

關鍵詞：方向盤;擺振;靈敏度分析;ODS

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）04-139-03

Analysis on Steering Wheel Shimmy of a Vehicle at High-Speed

Wang Chaojian¹， Ma Xiaomin^2*， Zheng Changlong¹

（?1.Hunan Zhidian?Intelligent?NEV?Co.， Ltd.， Hunan Zhuzhou?412007;2.Urumqi Sanhe Hengxin Engineering Technology?Co.， Ltd. Xinjiang Urumqi 830026?）

Abstract：?Study the influencing factors and test methods of steering wheel shimmy when driving at high-speed. The cause of the vibration of the steering wheel of a vehicle?is analyzed， and the sensitivity of the tire to the steering wheel is tested by analyzing the road reproduction test. It can be seen that the vehicle is very sensitive to the tire's out-of-phase excitation; the subframe is used as a reference ， Established?a model， and further verify the cause of the steering wheel shimmy?through ODS analysis. This study provides the basis for solving the problem of steering wheel shimmy at high-speed.

Keywords：?Steering wheel;?Shimmy; POF; ODS

CLC NO.： U467??Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）04-139-03

前言

方向盤在特定的車速下發生的回轉擺動或振動現象稱為方向盤擺振。擺振是一種十分有害而又經常遇到的振動現象，不僅嚴重影響整車的NVH性能，引起消費者抱怨，對汽車的安全性、操縱穩定性等也有一定的負面影響，嚴重時甚至會引發安全事故^[1]。

在車輛直線行駛時，易發生方向盤擺振現象，且直線穩速行駛距離越長，越容易出現擺振現象。市場上某款乘用車以車速110km/h行駛時，方向盤擺振現象非常嚴重。道路情況愈復雜，方向盤的擺動愈劇烈，直接影響駕駛員的正常駕駛^[2]。當前對擺振的研究基本從激勵源及影響因素展開，文章針對該問題進行研究，為設計工程師提供參考。但如何在設計初期實現對擺振的預測及控制，仍需進一步的研究。

1?影響方向盤擺振的因素

方向盤產生擺振的原因較為復雜，主要原因為行駛系統、轉向系統和驅動系統中的一個或多個部件存在著問題。根據項目開發經驗積累，方向盤擺振現象的影響因素總結見表1。

1.1?行駛系統中旋轉件不平衡對方向盤擺振的影響

行駛系統中旋轉部件，如輪胎、制動盤的動不平衡是方向盤擺振的較大影響因素，且對轉向輪的跳動和搖擺都有影響。如果存在動不平衡的問題，那么輪胎每轉動一周就會產生一次激勵，當激勵頻率與轉向輪繞主銷振動的固有頻率相近時，就會發生強烈的前輪擺振，進而導致方向盤產生擺振現象^[2]。

1.2?前輪定位參數失常的影響

前輪定位參數包括前輪前束、前輪外傾角、主銷內傾角和主銷后傾角四個要素，且不同型號的車輛參數值各不相同。如果前輪定位參數失常，破壞了轉向輪的穩定效應，那么前輪會發生擺振，從而導致方向盤產生擺振現象^[2]。

2?輪胎至方向盤靈敏度測試分析

2.1 輪胎至方向盤靈敏度測試

分別在方向盤3點、9點布置三向加速度傳感器，在左右前輪輪輞垂直方向0點各布置15g配重塊，左右前輪胎側布置光電傳感器。

工況1：用光電傳感器跟蹤輪輞，保證兩個輪胎所配配重塊同向運動，測試方向盤的振幅;

工況2：用光電傳感器跟蹤輪輞，保證兩個輪胎所配配重塊反向運動，測試方向盤的振幅;

工況3：去掉配重塊，測試方向盤振幅。

2.2?輪胎至方向盤靈敏度計算

在0點位置布置配重塊，A0點的響應為（&1-&0）/mR。

其中&1=arctan（（X1（配重）-X0（配重））/2r）;

&0=arctan（（X1-X0）/2r）;

式中：

X1為3點加速度計測得的x向1階振動幅值;

X2為9點加速度計測得的x向1階振動幅值;

X1（配重）為3點加速度計測得的x向1階振動幅值（輪胎上布置配重塊后）;

X2（配重）為9點加速度計測得的x向1階振動幅值（輪胎上布置配重塊后）;

r 為方向盤旋轉半徑;

m為配重塊質量;

R為輪胎半徑。

同理，可以計算出A90（3點位置）、?A180（6點位置）、?A270（9點位置）處響應。

2.3?輪胎至方向盤靈敏度計算結果

某車型對左右輪胎同相位和異相位激勵方向盤12點響應結果見表2，對增加配重塊后方向盤3點和9點增量見表3。

3點和9點響應結果

從上述結算結果可知，該車型對左右輪胎同相位的“插入參量”不敏感，對異相位的“插入參量”敏感，即該車型對輪胎異相位的激勵非常靈敏。

3?ODS測試分析

為進一步驗證輪胎異相位激勵是引起方向盤擺振的主要原因，進行實車ODS測試分析：分別在問題車方向盤3點、9點、左右輪心位置位置布置三向加速度傳感器，以副車架為參考點，建立模型，對測試數據做ODS分析。ODS測試分析結果見圖4和圖5。

圖4，通過ODS振型可知，0～20.37s是方向盤擺振的最大值段，此時懸架呈異向位置擺動;圖5，通過ODS振型可知，37～48s是方向盤擺振的最小值段，此時懸架呈同向位置擺動。從振動的傳遞路徑可進一步確定，該車型方向盤擺振現象的第一要因是輪胎異相位的激勵。

4?結論

通過對某款乘用車高速行駛方向盤擺振問題產生的原因進行研究，得出輪胎異相位激勵是產生該問題的第一要因，故需要對輪胎側向力（LFV）、輪輞動不平衡殘余量、輪胎總成動不平衡殘余量以及輪輞與輪轂軸承配合間隙進行控制。由于引起方向盤擺振的因素是多種多樣的，因此為避免擺振問題發生，還應按表1所列的內容對其他因子進行嚴格把控。

參考文獻

[1]?張永利，許翔，等.高速行駛時汽車方向盤擺振的控制[J].噪聲與振動控制.2015， 35（41）： 228-236.

[2]?賈小利，張軍，等.轎車高速行駛方向盤擺振控制與工程應用[J].噪聲與振動控制.2011，56（4）：56-58.