關(guān)于汽車怠速方向盤振動控制的分析

白金川

（黃河水利委員會水文局，河南 鄭州 450004）

而汽車怠速方向盤振動的控制一直是人們所關(guān)注的話題，汽車車體或者相應(yīng)部件的震動將有可能導(dǎo)致車內(nèi)固定的部件以及線路、保險絲、繼電器、電機等損壞。所以對汽車怠速方向盤振動進行有效控制研究，對確保駕駛?cè)藛T的安全有重要的意義。

1 汽車怠速方向盤振動原因分析

出現(xiàn)汽車怠速方向盤振動的原因，可從三個角度進行分析，首先可從激勵源激勵頻率的角度進行分析，發(fā)動機產(chǎn)生激勵源是在往復(fù)慣性力的作用下引起，大多數(shù)情況下，都是以點火階次為主。一般情況下，乘用車發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速都是在600-100r/min 這個范圍之內(nèi)，四缸發(fā)動機的激振平率則在25Hz 左右。至于冷卻風(fēng)扇激勵，則是在力不平衡的作用下所形成，以基頻為主，乘用車冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與乘用車發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速相比，其轉(zhuǎn)速要高得多，最多是在1 200-2 400r/min 這個范圍之內(nèi)，激勵頻率則 為30Hz 左 右[1]。

其次，從方向盤振動傳遞路徑的角度進行分析，路徑主要有傳動系統(tǒng)、發(fā)動機懸置系統(tǒng)以及排氣系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)是發(fā)動機產(chǎn)生振動向轉(zhuǎn)向節(jié)進行傳遞，經(jīng)過轉(zhuǎn)向器等傳動到轉(zhuǎn)向柱，再到方向盤；發(fā)動機懸置系統(tǒng)先是傳遞到車架或是車體中，再向方向盤傳遞；至于排氣系統(tǒng)則是發(fā)動機振動通過排氣系統(tǒng)，傳遞到車身，從而造成方向盤產(chǎn)生震動。一般情況下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度受到向支撐梁系剛度、轉(zhuǎn)向柱系剛度這兩者的影響巨大，幾乎可以決定其剛度的大小，當安置在方向盤的安全氣囊質(zhì)量較小時，轉(zhuǎn)向支撐梁與方向盤之間距離會有多間斷，其越短越好，轉(zhuǎn)向支撐梁與轉(zhuǎn)向柱上下安裝點，這兩者之間的距離則越大越好。

2 汽車怠速方向盤振動的有效控制對策

2.1 從振動源入手進行汽車怠速方向盤振動控制

解決汽車怠速方向盤振動的有效方式是對發(fā)動機的怠速目標轉(zhuǎn)速進行適當?shù)恼{(diào)整，對不同轉(zhuǎn)速環(huán)境下的方向盤振動進行測試，試驗時，將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速控制在750～960r/min 之內(nèi)，對每個轉(zhuǎn)速方向盤的振動情況做觀察，通過觀察可了解到，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速不超過855r/min 時，方向盤的振動并不大，大于855r/min時，則出現(xiàn)很大的振動，當轉(zhuǎn)速到達925r/min，方向盤已出現(xiàn)共振現(xiàn)象。因此，為了控制汽車怠速方向盤振動，只要將發(fā)動機怠速目標轉(zhuǎn)速控制在855r/min 以下，就能避免汽車方向盤出現(xiàn)明顯的振動[2]。但是，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速若是降低，必然會對汽車的性能造成一定的影響，為了解決這一問題，需要將前進擋的怠速目標轉(zhuǎn)速控制在850r/min。

通過控制發(fā)動機的怠速目標轉(zhuǎn)速來避免汽車怠速方向盤振動，是一個理想的方法，但是，發(fā)動機怠速目標轉(zhuǎn)速的降低，又會引起其他的問題，因此，最好的辦法就是將其轉(zhuǎn)速設(shè)置為850r/min，可保證汽車的性能之外，又可控制汽車怠速方向盤的振動。

2.2 從傳動系統(tǒng)傳遞路徑入手進行汽車怠速方向盤振動控制

通過傳動系統(tǒng)傳遞路徑進行汽車怠速方向盤振動的控制，是采用驅(qū)動軸萬向節(jié)來降低發(fā)動機所產(chǎn)生的激勵力，原車驅(qū)動軸移動節(jié)是六球DO 型萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有很大的阻力，如此大的阻力，不可對發(fā)動機所造成的振動進行控制。但是，可通過采用三銷GI 型萬向節(jié)來解決這問題，三銷GI 型萬向節(jié)的阻力比較小，完全滿足汽車的相關(guān)要求。使用GI 型萬向節(jié)驅(qū)動軸達到降低方向盤振動的效果，駐車擋明顯下降，前進擋的時候有所降低，前進擋可采用驅(qū)動軸GI 型的方式，或是降低發(fā)動機目標轉(zhuǎn)速的方式，來保證振動效果，但是，這樣方式卻得不到認可。將這兩種方式相結(jié)合進行測試，當最大振動頻率時，振動值下降至0.08g，振動在允許的范圍之內(nèi)，但是駐車擋時，會影響到汽車的性能，此時又不可調(diào)整發(fā)動機目標轉(zhuǎn)速，因此，需要對驅(qū)動軸萬向節(jié)進行完善，完善之后，振動依然比較大，需要進行進一步的控制工作，才可達到理想的振動氛圍。

采用傳動系統(tǒng)傳遞路徑的方式來控制汽車怠速方向盤振動，主要是采用三銷GI 型萬向節(jié)進控制，但是在其他方面還需要進行改進，才可達到理想的振動狀態(tài)。

2.3 從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)入手進行汽車怠速方向盤振動控制

轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)剛度較弱的主要原因是柱筒上軸承、轉(zhuǎn)向柱這兩者進行安裝時，這兩部位存在面積較大的缺口，由此造成剛度下降。因此，需要在轉(zhuǎn)向柱優(yōu)化現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)上進行改進。進行模態(tài)實驗，可知，若是方向盤的一階垂直彎曲模態(tài)頻率處在33.8Hz左右，與原來的狀態(tài)相比，明顯提高了很多。經(jīng)過對駐車擋方向盤的振動進行測試，可知，若是只從轉(zhuǎn)向柱入手，將其加強，那么，振動峰值就會有所降低，但是，即便是降低之后，振動依然不理想，還是處于偏大的狀態(tài)[3]。此時，可將驅(qū)動軸節(jié)型進行改造，將其改造為GI 型，或是適當加強轉(zhuǎn)向柱，這兩種方法都可使方向盤振動得到改善。把前進擋發(fā)動機怠速目標轉(zhuǎn)速調(diào)低，驅(qū)動軸節(jié)型設(shè)計為GI 型，適當加強轉(zhuǎn)向柱結(jié)構(gòu)，這三個方法都可將汽車方向盤怠速振動控制在合適的范圍之內(nèi)。

從系統(tǒng)的角度著手，進行汽車怠速方向盤振動的控制工作，是一個比較理想的方法，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)進行試驗，可找到系統(tǒng)剛度最弱的位置，以此為根據(jù)進行系統(tǒng)的優(yōu)化。

3 結(jié)束語

進行汽車怠速方向盤振動控制有利于行車的安全，可從三個角度著手進行控制，使方向盤振動控制在一定的范圍內(nèi)，對駕駛員不造成影響。

[1]盧曦，周萍，孫躍東等.汽車等速萬向節(jié)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機械設(shè)計與制造，2011，18(20):158.