汽車轉向抖動問題的改進方法

李京福 王吉祥 鄂世國

摘 要： 本文根據汽車加速測試發現汽車轉向某轉數下存在抖動現象，經過路徑徑查找分析，快速找出由于發動機Z 向到方向盤的響應傳遞路徑存在問題，并找出問題根源。基于仿真與試驗對標后模型進行問題改進，最終轉向抖動問題得到明顯改善。

關鍵詞：方向盤抖動 TPA 對標優化

1 引言

汽車轉向系統的振動的主要表現形式為方向盤的振動，是影響整車NVH 性能的重要因素之一。轉向系統的振動通過方向盤直接被駕駛員所感知，長時間處于抖動狀態，駕駛員會產生駕駛疲勞，煩躁，嚴重會引起交通事故。因此，對汽車轉向抖動問題的研究具有極其重要的實際意義。

2 汽車轉向抖動問題分析

發動機加速時在2196RPM 處超標。因此可以通過路徑貢獻量分析查找路徑貢獻最大的來源。

2.1 問題查找

傳遞路徑分析方法（TPA）即是一個有效的查找整車NVH 問題的方法。由于傳遞路徑分析中考慮來自各方向不同路徑的所有貢獻量構成的總響應。通過TPA 找出對車內振動主導的路徑，通過優化具體路徑，使車內振動噪聲控制在目標之內。汽車的振動基本是通過激勵源、路徑和接受體三部分組成。

考慮到汽車受到多個激勵力作用，假設車身結構為線性系統，在這系統上所有激勵力的分量和某接受體形成總的響應系統。這個由結構力產生的響應表示為：Pj tot= Pj i= Vj iFi（1）根據公式（1）為Pj tot 為系統振動總響應，Pj i 為激勵點到響應點的傳遞函數（FRF），Fi 為激勵源載荷[1]。

因此找到主要路徑才能快速解決問題，直接找到引起抖動的根源。

2.2 TPA 貢獻量分析

發動機激勵共9 個分量，每個分量到方向盤X 或Z 向共9 條路徑，如圖1 所示。影響方向盤X 向主要由發動機Z 向貢獻最大，如圖1-（a）所示。而對應的發動機Z 向到方向盤X 向曲線可知傳遞函數存在峰值與響應曲線趨勢保持一致，如圖1-（C）所示。證明傳遞函數是占主要貢獻，此激勵點載荷對響應基本沒有影響。同理對應方向盤Z 向曲線也是發動機Z 向這條路徑傳函其主要貢獻。這樣可以通過改進此傳函的峰值來降低總響應的峰值。

3 轉向抖動改進

3.1 轉向系統模態驗證

利用調整有限元模型保證與實測結果一致，經過有限元仿真結果查找問題根源。表1為臺架試驗模態對比結果。

轉向管柱帶方向盤本體進行的臺架試驗。共做5 種工況較為極限的工況。分別取方向盤橫擺（X）與方向盤垂向擺動（Y），仿真結果與試驗結果基本接近，因此轉向系統的有限元模型可以用于問題改進應用。表1 為安裝狀態轉向的模態對比結果。

3.2 結構優化

由于電機的位置布置已定，管柱本體結構基本無法更改，僅能通過更改車身結構或方向盤本體進行優化。基于有限元模型在發動機懸置安裝點處加載實際載荷并輸出2196RPM 下的整車模型的振型動畫，方向盤本體沿著輪輻擺動劇烈。并且玻璃下橫梁處與儀表板橫梁相連的加強件有局部應變能集中，并且變形嚴重。因此可以著重對方向盤的輪輻和玻璃下橫梁進行加強。

由于本車型選用兩幅方向盤，輪輻與輪緣的接觸面積較小，支撐能力較弱并且輪輻較薄弱。并且輪輻沒有任何特征剛度較弱。優化方案是在輪輻邊緣與輪緣增加了較大的過渡，起到支撐兩端的作用。并且在輪輻的背面做了些加強筋。但為了控制重量加強筋和過渡區域不能做的過大。由于車身玻璃下橫梁與儀表板橫梁的連接板接觸面積較小，需要更改較大的支撐，以提高局部剛度。修改方案如圖3 所示。

最終經過驗證實際加速激勵仿真分析，方向盤X 向和Z 向峰值有所下降并低于目標線。顯然通過增加以上方案是有效的，如圖4優化結果。

4 結論

針對本文中的某車型計算轉向系統抖動的問題發現，采用TPA 分析的方法，能夠快速地找出轉向抖動的具體路徑，并對其進行優化。雖然本文未對轉向進行自身進行更改，但轉向自身模態也可通過更改自身結構進行優化，但需要在開發前期對供應商進行轉向對地模態的要求，并結合轉向的結構特點，配合好L 與D 的尺寸。

參考文獻：

[1] 康菲，閆碩. 傳遞路徑分析在車內噪聲分析中的應用[J]. 汽車技術，2013（7）18-20.

[2]Ki-chang Kim， In-ho Choi，“A Study onthe Advanced Technology Analysis Processof SteeringSystem for Idle Performance”，SAEPaper No. 2007-01-2339.