轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

高海欽

摘 要：近年來，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，人們對汽車駕駛的舒適性提出了更高的要求。而轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振現(xiàn)象的產(chǎn)生在一定程度上影響了車輛的舒適性。因此，對轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振現(xiàn)象及其原因展開了分析，并提出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：轎車；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；抖振現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號：U463.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.082

一直以來，汽車生產(chǎn)商致力于轎車振動噪聲問題的研究。這是因為振動噪聲不僅會影響車輛駕駛的舒適性，還容易導(dǎo)致車輛耐久性降低，繼而不利于車輛的安全行駛。而轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振問題是這方面的突出問題，值得相關(guān)人員展開進一步的研究。

1 轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振分析

1.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振現(xiàn)象

轎車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)和轉(zhuǎn)向器構(gòu)成，而轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)則由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)動軸構(gòu)成。所謂“轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振”，其實就是車輛在制動或怠速運行過程中，轉(zhuǎn)向盤、制動踏板和車身底板發(fā)生劇烈抖動的現(xiàn)象。就目前來看，轎車轉(zhuǎn)向盤抖振是最為常見的一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)振動方式，它主要分為轉(zhuǎn)向盤制動抖振和轉(zhuǎn)向盤怠速抖振兩種。轎車在一定車速范圍內(nèi)制動時，轉(zhuǎn)向盤、制動踏板、座椅和車身底板發(fā)生劇烈抖動的現(xiàn)象被稱作“制動抖振”。因此，制動抖振是一種被迫發(fā)生的振動，按照具體的振動現(xiàn)象可以將其劃分成冷抖動、熱抖動和抖動噪聲。而怠速抖振是轎車轉(zhuǎn)向盤在怠速情況下發(fā)生的一種抖動現(xiàn)象，怠速抖振的發(fā)生不僅會引發(fā)轉(zhuǎn)向盤振動，還會引發(fā)其他零件振動。在實際中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振現(xiàn)象的發(fā)生雖然不會引發(fā)駕駛員安全風險，但是會影響駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤感知汽車和道路狀態(tài)。在轉(zhuǎn)向盤振動超過人類感知振動的閾值時，駕駛員會感到不適，不利于車輛的安全行駛。此外，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不停地抖動還會加速系統(tǒng)零件的損壞，繼而使車輛運行的可靠性降低。

1.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振原因

分析轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振的原因可以發(fā)現(xiàn)，引起轉(zhuǎn)向盤制動抖振的原因有多個，比如制動盤厚度變化、制動盤斷面跳動等。首先，在汽車制動的過程中，制動盤在圓周方向上的厚度會發(fā)生一定的變化，從而導(dǎo)致有效制動力半徑變化，最終引起制動力矩和制動壓力波動。而制動盤厚度的變化與加工制造精度不高、長期使用磨損和溫度過高導(dǎo)致的制動盤翹曲有一定的關(guān)系。其次，制動盤斷面的跳動將導(dǎo)致制動盤出現(xiàn)側(cè)偏等變化，從而引起制動盤厚度變化，繼而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向盤抖振。而這一問題的出現(xiàn)與制造誤差、安裝誤差和外力作用有關(guān)。此外，分析轉(zhuǎn)向盤怠速抖振的原因可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)共振、阻尼較小和發(fā)動機不平衡是導(dǎo)致該現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因。在轎車怠速行駛的過程中，如果發(fā)動機點火頻率與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有頻率接近，轉(zhuǎn)向盤振動幅度就會很大。

2 轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略

2.1 制動系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化

要想解決轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振問題，就要避免制動系統(tǒng)各元件形狀、材料及各元件間的相互匹配度對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)造成影響。因此，在設(shè)計時應(yīng)該盡量減少組裝環(huán)節(jié)，從設(shè)計上減少制動抖振發(fā)生。同時，為了避免制動盤因溫度過高產(chǎn)生熱變形，還要在設(shè)計時采取措施提高制動盤的抗翹曲特性。而為了減少制動盤產(chǎn)生的非制動磨損，也可以進行分泵封圈和浮動鉗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。此外，為降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對制動盤厚薄差的敏感度，還要合理設(shè)計轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)、制動器子系統(tǒng)等。

2.2 制動盤加裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

為了消除制動盤的熱應(yīng)力，有效控制制動盤厚薄差及斷面跳動，需要在加工和裝配制動盤時使用均一性較高的材料，并且盡量降低裝配誤差。在這一過程中，不僅需要確保零部件質(zhì)量合格，還要確保裝配質(zhì)量，從而避免斷面跳動超標。而在裝配的過程中，需要盡量減少各部件間隙中的異物。完成裝配后，需要對裝配狀態(tài)下轎車左右兩側(cè)制動盤的斷面跳動和厚薄差進行檢測，最后根據(jù)檢測情況更換某些元件。

2.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化

考慮到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)怠速抖振的原因，需要通過優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計避免轉(zhuǎn)向盤與車身共振。而就目前來看，要想實現(xiàn)這一目標，可以采取隔振、減振和避振等手段。具體來講，就是通過使用動力吸振器、優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛度、降低發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速、減輕轉(zhuǎn)向盤質(zhì)量和匹配安裝動力總成等方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化。相對而言，轉(zhuǎn)向盤質(zhì)量、發(fā)動機型號和動力總成難以改變，因此，還需要提升轉(zhuǎn)向管支架的剛度，從而提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率。

3 結(jié)論

總而言之，對于轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振問題，除了做好轉(zhuǎn)向系統(tǒng)抖振現(xiàn)象的觀察和分類外，還要做好抖振現(xiàn)象的原因的分析，從而尋求相應(yīng)的對策。而從本文的研究來看，優(yōu)化制動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且優(yōu)化制動盤加裝結(jié)構(gòu)，能夠較好地控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的振動，繼而提升轎車駕駛的舒適性和車輛的耐久性。

參考文獻

[1]李軍，陳實，戴彬，等.某型轎車轉(zhuǎn)向盤怠速抖動問題的分析與優(yōu)化設(shè)計[J].汽車工業(yè)研究，2015（08）：55-59.

[2]陳書明，王登峰，蘇麗俐，等.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)NVH研究綜述[J].汽車工程學(xué)報，2011（06）：429-441.

[3]王威，宋玉玲，薛彥冰.高速下轎車轉(zhuǎn)向系非線性振動的分岔特性[J].機械工程學(xué)報，2012（09）：103-110.

〔編輯：劉曉芳〕