淺談汽車行駛時(shí)方向盤抖動(dòng)主因分析

郭 俊

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

引言

汽車工業(yè)不斷發(fā)展和人們需求不斷提升的同時(shí)，人們對汽車的要求也越來越高，既要求舒適性，又要求可靠性。整車質(zhì)量，尤其是影響整車的安全和功能的質(zhì)量問題，成為不容忽視的問題。方向盤抖動(dòng)影響駕駛?cè)藛T的舒適性，同時(shí)由較大的安全隱患，文章對各影響因素逐一進(jìn)行分析，找出了車輛高速行駛時(shí)方向盤抖動(dòng)的主要原因。

1 概述

1.1 主要故障表現(xiàn)

汽車在正常路面一般時(shí)速（0～90Km/h）行駛時(shí)，方向盤無異?，F(xiàn)象，當(dāng)車速增加到大于100Km/h時(shí)，方向盤以圓心為中心，往復(fù)擺振，隨車速的繼續(xù)增加，震動(dòng)幅度增加。

1.2 振動(dòng)傳遞路徑的檢測

1.2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)共振頻率測量位置

在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上方向盤12點(diǎn)位置、轉(zhuǎn)向機(jī)殼體側(cè)、轉(zhuǎn)向橫拉桿銷固定螺母端(左右)及輪胎布置5個(gè)點(diǎn)。

1.2.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)共振頻率測量

根據(jù)方向盤擺動(dòng)的狀況主要考慮Y向的震動(dòng)情況，實(shí)測數(shù)據(jù)為：一階：f實(shí)測=14.19Hz，二階：f實(shí)測=29.35Hz。

1.2.3 計(jì)算值

車速為 110km/h(30.6m/s)時(shí)，計(jì)算車輪（車輪規(guī)格：185R15LT-8PR）與地面相互作用產(chǎn)生激勵(lì)頻率為：f=30.6/(3.14*0.64)=14.4Hz一階：14.4Hz；二階：28.8Hz

1.2.4 結(jié)論

方向盤振動(dòng)產(chǎn)生的頻率實(shí)測與理論計(jì)算基本一致，判斷振動(dòng)的傳遞路徑：轉(zhuǎn)向節(jié)→轉(zhuǎn)向器橫拉桿→轉(zhuǎn)向管柱→方向盤。

1.3 失效模式分析

根據(jù)振動(dòng)傳遞路徑的檢測結(jié)果和對故障的觀察，此方向盤的抖動(dòng)產(chǎn)生可能為車輪與地面相互作用產(chǎn)生激勵(lì)頻率沒有被有效的衰減，通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞到轉(zhuǎn)向盤所致。也可能是輪胎等旋轉(zhuǎn)部件高速時(shí)不正常抖動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞，主要從加振源、抑振能力、共振源所涉及到的零部件方面進(jìn)行失效模式分析。

1.3.1 抑振能力分析

1）調(diào)整轉(zhuǎn)向器嚙合間隙或閥口的特性曲線在試驗(yàn)車上進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果證明對抖動(dòng)沒有影響；

2）標(biāo)桿車(無問題車型)轉(zhuǎn)向管柱和方向盤無抖動(dòng)；問題車型換裝標(biāo)桿車轉(zhuǎn)向管柱和方向盤存在高速抖動(dòng)。

1.3.2 共振源分析

懸架換穩(wěn)定桿加粗，副車架下擺臂連接支架加強(qiáng)，并減震器膠墊、下擺臂前后連接村套硬度調(diào)高，試驗(yàn)車上進(jìn)行驗(yàn)證，有一定減弱現(xiàn)象，此方案對抖動(dòng)消除有一定的作用。

1.3.3 加振源分析

1）輪轂制動(dòng)盤總成的影響（采取標(biāo)桿車與故障車相關(guān)零部件互換來驗(yàn)證）。

a.故障車換裝標(biāo)桿車的懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)件進(jìn)行驗(yàn)證產(chǎn)生抖動(dòng)，依次將方向盤、轉(zhuǎn)向管柱、減震器、下擺臂總成、螺旋彈簧、轉(zhuǎn)向節(jié)帶輪轂制動(dòng)盤總成換為標(biāo)桿車的件，整個(gè)過程方向盤均有明顯抖動(dòng)，直到換件完成抖動(dòng)消失，可判斷最后更換的件（轉(zhuǎn)向節(jié)輪轂制動(dòng)盤總成）對抖動(dòng)有影響。

b.標(biāo)桿車依次換裝故障車的方向盤、減震器、螺旋彈簧、下擺臂總成、轉(zhuǎn)向節(jié)帶輪轂總成，在未加轉(zhuǎn)向節(jié)帶輪轂總成之前的過程中抖動(dòng)基本消失，最后狀態(tài)產(chǎn)生劇烈抖動(dòng)；故障車裝標(biāo)桿車的轉(zhuǎn)向節(jié)帶輪轂總成和輪胎抖動(dòng)基本消失。

c.使用專業(yè)設(shè)備對標(biāo)桿車和故障車的輪轂制動(dòng)盤進(jìn)行動(dòng)平衡檢測，同一個(gè)件多次檢出的數(shù)值差距很大，無法進(jìn)行數(shù)值確認(rèn)。

2）輪胎的影響

a.短軸距車輛不存在方向盤高速抖動(dòng)現(xiàn)象，使用 225/70 R15輪胎，斷面寬228mm，同等負(fù)荷下側(cè)向剛度大于185R15 LT輪胎，在加大輪胎側(cè)向剛度的要求下在試驗(yàn)車上換裝195/70R15LT 輪胎，抖動(dòng)有輕微減弱現(xiàn)象；

b.輪胎動(dòng)平衡和輪輞端面跳動(dòng)的影響：確認(rèn)如下：

①挑選動(dòng)平衡和跳動(dòng)較好的兩條輪胎，下線時(shí)兩胎左右動(dòng)不平衡量均為5g，0（編號Ⅰ），裝試驗(yàn)車進(jìn)行路試，主觀評價(jià)抖動(dòng)消失；

②將有方向盤高速抖動(dòng)問題車輛的原裝輪胎進(jìn)行動(dòng)平衡檢測并進(jìn)行配重達(dá)到技術(shù)要求(10g以內(nèi))，兩輪胎總成下線時(shí)左右動(dòng)不平衡量分別為7g，0和7g，5g（編號Ⅱ），此輪胎的徑向跳動(dòng)較差，裝試驗(yàn)車路試，主觀評價(jià)抖動(dòng)基本消失，比安裝Ⅰ組輪胎的效果稍差；

③在試驗(yàn)場對兩臺(tái)試驗(yàn)車分別更換Ⅰ、Ⅱ兩組輪胎進(jìn)行路試，評價(jià)結(jié)果與問題車相同。

通過驗(yàn)證分析確認(rèn)輪胎總成和輪轂制動(dòng)盤總成的動(dòng)平衡和跳動(dòng)狀態(tài)差為產(chǎn)生方向盤高速抖動(dòng)的主要原因。

1.4 輪轂制動(dòng)盤總成質(zhì)量控制與提升

1.4.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

生產(chǎn)單位的盤轂總成不平衡量和盤轂總成動(dòng)不平衡質(zhì)量分別為450g.cm和50g，而研發(fā)單位的盤轂總成不平衡量和盤轂總成動(dòng)不平衡質(zhì)量分別為300g.cm和33.3g，兩者標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異。

1.4.2 實(shí)際實(shí)物測量

對實(shí)物的單輪轂動(dòng)不平衡質(zhì)量、盤轂總成動(dòng)不平衡質(zhì)量及制動(dòng)盤跳動(dòng)進(jìn)行測量，測量結(jié)果均不符合生產(chǎn)單位的標(biāo)準(zhǔn)，且與研發(fā)單位的標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異。實(shí)物質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。

1.4.3 統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1）前輪轂帶制動(dòng)盤合件不平衡量≤240g.cm，不平衡量采用單面檢測和校正，平衡機(jī)的精度、標(biāo)定等滿足GB/T 4201等國標(biāo)要求，檢測和校正后在輪轂最大圓柱面上用藍(lán)色標(biāo)記重點(diǎn)的位置；

2）如裝配時(shí)不與制動(dòng)盤進(jìn)行輕重點(diǎn)配對，則前輪轂剩余不平衡量≤190g.cm；

3）如裝配時(shí)與制動(dòng)盤進(jìn)行輕重點(diǎn)配對，則前輪轂剩余不平衡量≤230g.cm；

4）調(diào)整前束標(biāo)準(zhǔn)為0±2mm。

1.4.4 輪轂總成品質(zhì)提升

按照新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，并增加去重工藝以保證盤轂合件動(dòng)平衡滿足27g以下的要求。對生產(chǎn)過程隨機(jī)抽檢10個(gè)盤轂合件，100%符合標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 輪胎總成質(zhì)量控制與提升

1.5.1 輪胎與輪輞相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

1）輪輞單邊剩余動(dòng)不平衡質(zhì)量≤32g；

2）車輪總成單邊剩余動(dòng)不平衡質(zhì)量≤60g；

3）車輪加平衡塊調(diào)整后，單邊剩余不平衡質(zhì)量≤10g；

4）輪輞徑向端向跳動(dòng)在1.0以內(nèi)。

1.5.2 實(shí)際實(shí)物測量

1）經(jīng)檢測部分輪胎動(dòng)平衡量達(dá)到76g，存在較大的超差，輪胎動(dòng)平衡合格率僅為25%。

2）輪輞跳動(dòng)不合格，其中最大值達(dá)到1.6，與圖紙要求相差比較大。

輪胎總成與輪輞有一定比例部件實(shí)際檢測的數(shù)據(jù)達(dá)不到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.5.3 測量設(shè)配的調(diào)查

輪胎組裝廠提供檢測記錄將輪胎送至主機(jī)廠進(jìn)行復(fù)檢，數(shù)據(jù)存在差異，主要原因是因?yàn)閯?dòng)平衡的測量儀裝卡方式不統(tǒng)一，造成數(shù)據(jù)偏差大，易出現(xiàn)誤判、無操作。需對各方生產(chǎn)現(xiàn)場動(dòng)平衡卡裝方式進(jìn)行統(tǒng)一，確認(rèn)將原有以輪輻外面作為基準(zhǔn)面，以中心孔內(nèi)圓作為加緊面改為以輪輻內(nèi)面作為基準(zhǔn)面，以中心孔外圓作為夾緊面。

1.5.4 輪臺(tái)總成品質(zhì)控制與提升

1）對廠家進(jìn)行過程審核；

2）對輪胎動(dòng)平衡進(jìn)行全檢；

3）對輪輞跳動(dòng)、平面度進(jìn)行抽檢；

4）優(yōu)化動(dòng)平衡檢測議。

經(jīng)過多輪整改，車輪動(dòng)平衡水平有較大提升，動(dòng)平衡嚴(yán)重超差部件已得到有效控制。

1.6 驗(yàn)證胎壓對方向盤抖動(dòng)的影響

測量方向盤抖動(dòng)故障車輛前輪氣壓，并將氣壓依次降低至不同水平，記錄試驗(yàn)結(jié)果：

1.6.1 首先查找了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定輪胎氣壓范圍

標(biāo)桿車前懸滿載重量1420kg，其輪胎氣壓為280kpa，故障車前懸滿載重量1560kg，輪胎氣壓為450kpa。

1.6.2 實(shí)驗(yàn)車進(jìn)行驗(yàn)證

測量氣壓為 450kpa，符合技術(shù)要求，依次降低氣壓至400kpa，360kpa，320kpa。經(jīng)過驗(yàn)證，氣壓對方向盤抖動(dòng)情況影響較小，無明顯規(guī)律，故排除此項(xiàng)原因。

1.7 檢測線四輪定位校核

處理方向盤抖動(dòng)故障時(shí)，存在部分車輛前輪前束值超差的情況。將前束調(diào)整至0-2mm，抖動(dòng)故障消除或減弱。抽查同一臺(tái)車重復(fù)測量4次前束的最大差值為0.5mm。協(xié)調(diào)相關(guān)單位對四輪定位儀進(jìn)行校核后對之前車輛再次重復(fù)測量，差值為0.2mm。

經(jīng)過校準(zhǔn)，前輪前束檢測一致性水平已提高至可接受范圍，由設(shè)備標(biāo)定單位定期對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。

1.8 驗(yàn)證效果

對存在故障的車輛進(jìn)行排查，更換經(jīng)過控制的零部件（輪轂總成、輪胎總成），方向盤抖動(dòng)的問題有效地解決。

1.8.1 現(xiàn)場驗(yàn)證和市場反應(yīng)情況

通過現(xiàn)場生產(chǎn)車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：故障率由 2月份的100%逐步下降至11月的3%，并保持穩(wěn)定；在市場的一年驗(yàn)證周期內(nèi)車輛再無高速行駛時(shí)車輛方向盤抖動(dòng)問題發(fā)生。

2 結(jié)論

通過對故障現(xiàn)象的說明和對各相關(guān)零部件的分析、標(biāo)準(zhǔn)確定以及檢測設(shè)配的優(yōu)化與校核，系統(tǒng)全面地分析了車輛在高速行駛方向盤產(chǎn)生抖動(dòng)的所有可能因素。采用逐一排查和對比的方法，從各個(gè)影響環(huán)節(jié)中找到了解決的關(guān)鍵。從中得出，提升零部件的精度和控制零部件對標(biāo)質(zhì)量是控制方向盤高速抖動(dòng)的最有效手段。

[1] 中國國家標(biāo)準(zhǔn).GB 7258——2004 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004:p9.

[2] 中國國家標(biāo)準(zhǔn).GB/T 4201-2006/ISO 2953:1999 平衡機(jī)的描述檢驗(yàn)與評定.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007:p1-38.

[3] 劉利勝,姜曉 .汽車底盤構(gòu)造. [M]北京大學(xué)出版社.2006:p54-83.

[4] 周長城.汽車振動(dòng)分析與測試.[M]北京大學(xué)出版社.2011:p127-135.