某車型輪轂與制動(dòng)鼓不平衡量導(dǎo)致轉(zhuǎn)向盤異常振動(dòng)問題的分析研究

高 尚 孔祥瑞 郭萬富 巨建輝 高鐵石

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心）

汽車輪胎、輪轂、制動(dòng)鼓、發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸等部件產(chǎn)生的力或力矩是汽車的主要激勵(lì)源，使汽車一直處于振動(dòng)狀態(tài)，這些振動(dòng)嚴(yán)重影響汽車平順性、操縱穩(wěn)定性等性能，且由于異常振動(dòng)常伴隨機(jī)械故障而存在一些安全隱患。本文針對實(shí)際工作中遇到的轉(zhuǎn)向盤異常振動(dòng)問題，通過實(shí)例提出了由輪轂和制動(dòng)鼓總成不平衡量引起的轉(zhuǎn)向盤異常振動(dòng)問題的解決方法。

1 轉(zhuǎn)向盤異常振動(dòng)分析

某汽車分別以 70 km/h、80 km/h、90 km/h車速在平直公路上勻速行駛，轉(zhuǎn)向盤存在異常振動(dòng)的問題。為獲取轉(zhuǎn)向盤異常振動(dòng)的強(qiáng)度和頻率特征，在轉(zhuǎn)向盤12點(diǎn)方向處布置1個(gè)三向加速度傳感器，測量轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)。轉(zhuǎn)向盤上傳感器布置位置如圖1所示。

圖2 為樣車在車速為70 km/h、80 km/h、90 km/h時(shí)轉(zhuǎn)向盤加速度功率譜密度值和加速度均方根值測量結(jié)果。

從圖2的勻速行駛振動(dòng)數(shù)據(jù)可以看出，隨著車速上升，轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)頻率和幅值逐漸增大；轉(zhuǎn)向盤的主要振動(dòng)是15 Hz以內(nèi)的低頻振動(dòng)。轉(zhuǎn)向盤Z向功率譜密度在2～3 Hz范圍內(nèi)的波峰是由于路面激勵(lì)使簧上質(zhì)量共振所致。

2 振源分析

考慮到轉(zhuǎn)向盤異常振動(dòng)頻率出現(xiàn)在7～11 Hz范圍,在定置升速過程中轉(zhuǎn)向盤在此頻段并無明顯振動(dòng)，因此排除發(fā)動(dòng)機(jī)部件激勵(lì)的原因。由于振動(dòng)頻率和幅值隨車速增加逐漸變大，因此重點(diǎn)考察輪轂及制動(dòng)鼓總成、傳動(dòng)軸對車體的激勵(lì)（該車車輪與輪胎總成已單獨(dú)進(jìn)行過動(dòng)平衡，滿足設(shè)計(jì)要求；輪轂及制動(dòng)鼓總成未檢測過動(dòng)平衡）。

輪轂及制動(dòng)鼓總成、傳動(dòng)軸在生產(chǎn)加工過程中都會(huì)經(jīng)過動(dòng)平衡檢驗(yàn)以滿足設(shè)計(jì)要求,但由于設(shè)備精度及操作等因素,部分制件仍存在不平衡量不滿足要求的現(xiàn)象。由輪轂與制動(dòng)鼓總成、傳動(dòng)軸不平衡量產(chǎn)生的離心力計(jì)算公式為：

式中，mCH為等效不平衡質(zhì)量；r′為等效不平衡質(zhì)量的當(dāng)量旋轉(zhuǎn)半徑；ω為轉(zhuǎn)速。

由公式（1）可知，離心力隨轉(zhuǎn)速增加而增大，其激振力通過車橋、車架直接傳給駕駛室，造成轉(zhuǎn)向盤受迫振動(dòng)。

輪轂與制動(dòng)鼓總成不平衡量激振力頻率為：

式中，v為車速，是經(jīng)過車速儀校準(zhǔn)后測得的車速；r為輪胎滾動(dòng)半徑。

由公式（2）可知，輪轂與制動(dòng)鼓總成不平衡量激振力頻率與車速和輪胎的滾動(dòng)半徑有關(guān)，頻率隨車速增加而增大。

傳動(dòng)軸不平衡量激振力頻率為：

式中，i0為主減速比。

由公式（3）可知，傳動(dòng)軸不平衡量激振力頻率與車速、輪胎的滾動(dòng)半徑及主減速比有關(guān)，頻率隨車速增加而增大。

表1為圖2中轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)峰值點(diǎn)對應(yīng)頻率和理論計(jì)算的輪轂與制動(dòng)鼓總成、傳動(dòng)軸不平衡量的激振頻率對比。

表1 不同車速的激振頻率對比

由表1可知，不同車速對應(yīng)的轉(zhuǎn)向盤振動(dòng)頻率和計(jì)算得出的輪轂與制動(dòng)鼓總成不平衡量激振頻率非常接近，且從圖2中還可以看出，在共振頻率點(diǎn)7.511 Hz、8.662 Hz、9.651 Hz時(shí)轉(zhuǎn)向盤Z向加速度功率譜密度值非常大，說明振動(dòng)是從車架傳來，輪轂與制動(dòng)鼓總成不平衡量的激振是引起轉(zhuǎn)向盤異常振動(dòng)的主要原因。

3 解決方法研究

將該車前軸的左、右輪轂帶制動(dòng)鼓總成拆下，利用動(dòng)平衡機(jī)測量其不平衡量，發(fā)現(xiàn)左、右輪轂帶制動(dòng)鼓總成的不平衡量（表2）均不滿足設(shè)計(jì)要求，且超差較大。可以看出，該車原裝輪轂帶制動(dòng)鼓不平衡量較大，在汽車行駛過程中產(chǎn)生的離心力較大，導(dǎo)致振動(dòng)異常。

通過采用數(shù)控機(jī)床加工及專用夾具裝配總成,新試制的輪轂帶制動(dòng)鼓總成不平衡量能夠滿足設(shè)計(jì)要求（表 2）。

表2 輪轂帶制動(dòng)鼓總成不平衡量 g/cm

在原車上換裝新試制的輪轂帶制動(dòng)鼓總成，對整車再次進(jìn)行主觀評價(jià)和振動(dòng)測量。圖3為調(diào)整后樣車在車速為70 km/h、80 km/h、90 km/h時(shí)，轉(zhuǎn)向盤加速度功率譜密度值和加速度均方根值的對比結(jié)果。

由圖3可知，調(diào)整后樣車的駕駛室轉(zhuǎn)向盤加速度功率譜密度幅值比調(diào)整前幅值明顯降低，轉(zhuǎn)向盤加速度均方根值也明顯降低，轉(zhuǎn)向盤異常振動(dòng)問題得到有效解決，同時(shí)汽車平順性得到改善。

4 結(jié)束語

本文針對輪轂與制動(dòng)鼓總成不平衡量引起的轉(zhuǎn)向盤異常振動(dòng)問題，提出了可行的解決方法：根據(jù)主觀評價(jià)初步確定振源；進(jìn)行有針對性的專項(xiàng)試驗(yàn)，將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，尋找頻譜峰值點(diǎn)對應(yīng)的頻率；將測量得到的振動(dòng)頻率和理論計(jì)算的振源激振頻率作比較；確定振源后，從產(chǎn)品加工工藝、裝配工藝等方面進(jìn)行分析，有針對性的進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)、裝車驗(yàn)證。最終解決了轉(zhuǎn)向盤異常振動(dòng)問題，提高了車輛舒適性。

1 何渝生，等.汽車振動(dòng)學(xué).北京：人民交通出版社.

2 張思.振動(dòng)測試與分析技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社.

3 林逸等.汽車 NVH特性研究綜述.汽車工程，2002，24（3）:177～186.

4 余志生.汽車?yán)碚?北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1996.