某微型卡車(chē)方向盤(pán)擺振問(wèn)題分析及改進(jìn)

陳開(kāi)超

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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某微型卡車(chē)方向盤(pán)擺振問(wèn)題分析及改進(jìn)

陳開(kāi)超

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章針對(duì)某微型卡車(chē)過(guò)顛簸路工況時(shí)出現(xiàn)的方向盤(pán)左右擺振問(wèn)題進(jìn)行了原因排查，最終提供了一種較好的解決方案，為后續(xù)其它車(chē)型開(kāi)發(fā)提供了一種有效的借鑒思路。

擺振；打手；運(yùn)動(dòng)干涉；反跳；平卷耳

CLC NO.:U472.6Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-105-02

引言

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要功能是駕駛者通過(guò)對(duì)方向盤(pán)的操縱來(lái)控制前輪繞主銷(xiāo)的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而操縱汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的方向。優(yōu)秀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠使駕駛者易于控制汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)獲得一定的路感，及時(shí)獲知路面的信息。如果在某些路況出現(xiàn)方向盤(pán)來(lái)回?cái)[振打手現(xiàn)象，將使駕駛者控制方向盤(pán)變得困難，嚴(yán)重的會(huì)影響行駛安全，給生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重的隱患。

1、問(wèn)題提出

某微型卡車(chē)前橋軸荷1.2T，匹配機(jī)械循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，該車(chē)在試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行強(qiáng)化路試驗(yàn)過(guò)程中駕駛員反饋車(chē)輛存在方向盤(pán)左右擺振現(xiàn)象，且有嚴(yán)重的打手現(xiàn)象，方向盤(pán)難以控制。

2、故障現(xiàn)象調(diào)查與分析

2.1 故障現(xiàn)象調(diào)查

選取上述故障車(chē)型的基礎(chǔ)車(chē)型及一臺(tái)競(jìng)品車(chē)型進(jìn)行調(diào)查，兩車(chē)型均匹配機(jī)械循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，前橋及拉桿結(jié)構(gòu)相似。試驗(yàn)路面與試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)化路面接近，由于路面高低不平，車(chē)輛通過(guò)時(shí)前橋存在嚴(yán)重顛簸現(xiàn)象。故障車(chē)型及兩對(duì)比車(chē)型驗(yàn)證情況見(jiàn)表1：

表1 不同車(chē)型調(diào)查結(jié)果

2.2 故障車(chē)型整改目標(biāo)

鑒于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)車(chē)型及競(jìng)品車(chē)型調(diào)查結(jié)果，可判定故障車(chē)型在通過(guò)顛簸路況時(shí)，存在嚴(yán)重方向盤(pán)擺振現(xiàn)象，且伴隨著打手，基于競(jìng)品車(chē)型整改目標(biāo)為：方向盤(pán)左右擺振角度控制在5°以內(nèi)，將方向盤(pán)打手現(xiàn)象減輕至可接受程度。

2.3 方向盤(pán)擺振問(wèn)題原因分析

該車(chē)型僅在顛簸路況出現(xiàn)方向盤(pán)擺振，可排除轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)偏低造成的與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率耦合。另外針對(duì)車(chē)輛在通過(guò)顛簸路況時(shí)，車(chē)輪存在反跳的情況，可初步判斷轉(zhuǎn)向與懸架存在反跳時(shí)運(yùn)動(dòng)干涉量過(guò)大問(wèn)題。圖1為原狀態(tài)轉(zhuǎn)向與懸架運(yùn)動(dòng)干涉校核圖：

圖1 原狀態(tài)轉(zhuǎn)向與懸架運(yùn)動(dòng)干涉校核

理論校核：車(chē)輪在反跳（板簧處于自由狀態(tài)）時(shí)，轉(zhuǎn)向彎臂球銷(xiāo)繞垂臂運(yùn)動(dòng)軌跡與隨板簧運(yùn)動(dòng)軌跡干涉量達(dá)到6.3mm，理論上該干涉量需控制在3.5mm以內(nèi)方向盤(pán)擺振現(xiàn)象會(huì)較輕微，不會(huì)造成客戶抱怨。

2.4 整改方案

該車(chē)型在設(shè)計(jì)之初未充分考慮顛簸路車(chē)輪反跳工況，僅針對(duì)空載到超載工況時(shí)轉(zhuǎn)向與懸架的干涉量進(jìn)行了控制，轉(zhuǎn)向垂臂與彎臂已開(kāi)發(fā)模具件，如通過(guò)更改垂臂與彎臂球銷(xiāo)點(diǎn)位置來(lái)減小車(chē)輪反跳時(shí)轉(zhuǎn)向與懸架的干涉量，勢(shì)必造成現(xiàn)有模具的報(bào)廢。

針對(duì)該車(chē)型，整改措施將從前懸架前卷耳結(jié)構(gòu)及位置進(jìn)行改進(jìn)。該車(chē)型前板簧前卷耳結(jié)構(gòu)采用上卷耳結(jié)構(gòu)，板簧主片中心的旋轉(zhuǎn)中心位于前板簧基線（前后卷耳中心連線）上方r/2（r為前卷耳中心到主片中性層距離）；如采用平卷耳結(jié)構(gòu)，板簧主片中心的旋轉(zhuǎn)中心將位于主片中性層上。該車(chē)型整改方案為將前懸架前卷耳中心位置下移 18mm，同時(shí)將卷耳結(jié)構(gòu)改進(jìn)為平卷耳式，經(jīng)校核該改進(jìn)方案可有效減小車(chē)輪反跳時(shí)轉(zhuǎn)向與懸架的運(yùn)動(dòng)干涉量。

圖2及圖3為兩種卷耳結(jié)構(gòu)示意圖：

圖2 上卷耳式

圖3 平卷耳式

理論校核：改進(jìn)后車(chē)輪在反跳（板簧處于自由狀態(tài)）時(shí)，轉(zhuǎn)向彎臂球銷(xiāo)繞垂臂運(yùn)動(dòng)軌跡與隨板簧運(yùn)動(dòng)軌跡干涉量減小到 3mm，同時(shí)在板簧上跳到上極限位置干涉量也由 2.6mm減小到1.3mm，干涉量需控制在3.5mm。

下圖4為改進(jìn)方案的轉(zhuǎn)向與懸架的運(yùn)動(dòng)干涉校核圖：

圖4 改進(jìn)后轉(zhuǎn)向與懸架運(yùn)動(dòng)干涉校核

3、整改驗(yàn)證

3.1 靜態(tài)測(cè)試

由于前懸架吊耳中心位置下移 18mm，前懸架吊耳支架進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)以適應(yīng)吊耳新?tīng)顟B(tài)位置；同時(shí)按照改進(jìn)后板簧進(jìn)行結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)并采購(gòu)樣件。

裝車(chē)后，對(duì)車(chē)輛靜態(tài)情況下車(chē)輪從反跳狀態(tài)（車(chē)輪脫離地面）緩慢下降到滿載狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，方向盤(pán)擺動(dòng)角度控制在5°以內(nèi)，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.2動(dòng)態(tài)測(cè)試

試驗(yàn)場(chǎng)駕駛員針對(duì)將整改后故障車(chē)輛重新進(jìn)行了動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，在強(qiáng)化路面車(chē)輛方向盤(pán)擺振現(xiàn)象基本消除，僅有輕微打手現(xiàn)象，方向盤(pán)比較容易控制，最終得到駕駛員的認(rèn)可，該問(wèn)題得到閉環(huán)。

4、結(jié)論

故障車(chē)型由于在設(shè)計(jì)之初未充分考慮車(chē)輪反跳時(shí)轉(zhuǎn)向與懸架的運(yùn)動(dòng)干涉，造成車(chē)輛在通過(guò)顛簸路面時(shí)出現(xiàn)方向盤(pán)擺振打手現(xiàn)象；由于該車(chē)型前橋彎臂及垂臂球銷(xiāo)硬點(diǎn)位置已布置完畢并開(kāi)發(fā)模具件，如重新布置勢(shì)必造成模具的報(bào)廢，造成不良的影響，因此針對(duì)故障車(chē)型的前懸架吊耳支架及卷耳結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，變動(dòng)較小，同時(shí)有效減小了車(chē)輪反跳時(shí)轉(zhuǎn)向與懸架的運(yùn)動(dòng)干涉量，并最終通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

該文也提供了一種減小轉(zhuǎn)向與懸架運(yùn)動(dòng)干涉的新途徑，可以為后續(xù)車(chē)型的開(kāi)發(fā)提供一種新的解決方案。

[1] 王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[2] 王霄鋒.汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2010.

[3] 江淮汽車(chē)集團(tuán)研發(fā)中心.江淮輕型卡車(chē)設(shè)計(jì)規(guī)范.第一版,合肥: 江淮汽車(chē)股份有限公司,2006年6月.

A mini truck steering wheel shimmy problem analysis and improvement

Chen Kaichao
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

This paper investigate the reason that the steering wheel of a mini truck swing left and right over the bumpy road condition, finally provides a good solution which can provides an effective reference for the subsequent development of other models.

swing; impact hand; motion interference; bound; flat spring

U472.6

A

1671-7988 (2017)06-105-02

陳開(kāi)超，就職于江淮汽車(chē)技術(shù)中心輕型商用車(chē)研究院，從事輕卡轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.036