基于整車對(duì)方向盤進(jìn)行Nibble分析

沈亮，方濱

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052）

前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)總量的不斷增長，汽車保有量在逐漸增多，汽車將變得越來越普及，消費(fèi)者也越來越重視汽車的品質(zhì)和安全。其中方向盤角振動(dòng)是普通汽車最常見的振動(dòng)問題，甚至?xí)绊戱{駛員的舒適性和行車安全[1-2]。當(dāng)汽車在高速公路上以車速100到120 km/h之間行使時(shí)，方向盤會(huì)產(chǎn)生繞管柱軸線振動(dòng)（持續(xù)來回?cái)[轉(zhuǎn)，俗稱nibble）；嚴(yán)重時(shí)，手如果握不住方向盤，則會(huì)有極大的安全隱患。本文就這種常見的方向盤角振動(dòng)問題進(jìn)行各種影響因素的分析和總結(jié)。

1 EPS對(duì)于Nibble的抑制

雖然現(xiàn)在乘用車有標(biāo)配EPS（電動(dòng)助力）的趨勢(shì)，而且比較高端的EPS含有ANC (Active Nibble Compensation)功能，可以有效地抑制Nibble，如圖1所示；但大多數(shù)車還是用液壓助力或普通EPS（不帶ANC 功能）， 無法通過電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器對(duì)Nibble進(jìn)行有效的抑制。

2 影響Nibble的其他因素

一般來說，對(duì)于新車的開發(fā)，當(dāng)Nibble問題被識(shí)別時(shí)，車輛底盤件都基本上已經(jīng)定型，CAE模型也已經(jīng)搭建完成，并可以系統(tǒng)的從理論到實(shí)車來分析Nibble現(xiàn)象。其中導(dǎo)致產(chǎn)生nibble的影響因素有很多，本文通過用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方式來排查Nibble的主要因素。歸納如下：

圖1 EPS對(duì)于Nibble的抑制

2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)Nibble的影響分析

傳統(tǒng)液壓轉(zhuǎn)向器的阻尼，包括機(jī)械摩擦力和液壓阻尼。1）、隨著機(jī)械摩擦力的增加，對(duì)Nibble的抑制作用也會(huì)逐漸增大（如圖2所示）。但這也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向器磨損加劇，使得轉(zhuǎn)向回正性下降。2）、隨著轉(zhuǎn)向器液壓阻尼的增大，對(duì)Nibble也有抑制效果（如圖3所示），但如果阻尼過大，則會(huì)帶來轉(zhuǎn)向器的噪音和振動(dòng)（小角度打方向盤時(shí)，較為明顯）。圖中數(shù)據(jù)為實(shí)車駕評(píng)主觀評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)匯總。

圖2 機(jī)械阻力對(duì)于Nibble的影響

圖3 液壓阻尼對(duì)于 Nibble的影響

圖4 懸架參數(shù)對(duì)于Nibble的影響經(jīng)驗(yàn)公式

2.2 懸架系統(tǒng)對(duì)Nibble的影響分析

懸架的主銷內(nèi)傾角（Kingpin Inclination Angle）、后傾角（Caster Angle）、磨胎半徑（Scrub Radius）、主銷偏置距（Kingpin Offset）等幾何參數(shù)對(duì)Nibble都有一定的影響，很多文獻(xiàn)也介紹過。圖4展示了經(jīng)驗(yàn)公式(經(jīng)過大量CAE仿真得出一個(gè)綜合考慮上述懸架幾何參數(shù)影響)，一般對(duì)于 SUV來說， 建議w≤8。W也不可很小，主要是還要受限于發(fā)動(dòng)機(jī)和懸架的布置等約束。

2.3 車輪系統(tǒng)對(duì)Nibble的影響分析

輪胎的力學(xué)特性對(duì)Nibble也有重要影響。一般來說，輪胎的不平衡可以直接用輪胎總成的靜偶平衡（單面和雙面平衡）指標(biāo)來衡量，但這些都是輪胎在低轉(zhuǎn)速下測(cè)試的?，F(xiàn)在大量汽車在100km/h小時(shí)以上出現(xiàn)方向盤抖動(dòng)，輪胎的靜偶平衡已經(jīng)不能很好的反映出輪胎高速均一性指標(biāo)。本文推薦兩個(gè)輪胎力學(xué)特性T1H（輪胎切向力一次諧波）和R1H（輪胎徑向力一次諧波）對(duì)Nibble的影響分析，如圖5、圖6所示。

圖5 TIH對(duì)于Nibble的影響

圖6 RIH對(duì)于Nibble的影響

從圖5、圖6中可以看到T1H對(duì)Nibble 的影響比R1H大，圖5、圖6中輪胎力學(xué)特性T1H，R1H的單位為磅（1磅＝0.454公斤）。

3 結(jié)論

本文主要針對(duì)國內(nèi)汽車普遍會(huì)存在的方向盤角振動(dòng)（Nibble）問題，對(duì)Nibble的主要影響因素作了一些分析，歸納起來，主要有以下幾點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì) Nibble來說是起的類似濾波（共振、抑制、衰減等）作用。2）懸架系統(tǒng)對(duì)Nibble的影響是放大和縮小的作用。3）輪胎和輪輞就是Nibble的激勵(lì)源，如果輪胎的動(dòng)平衡或T1H較大，Nibble會(huì)非常明顯。當(dāng)然影響Nibble還有其它因子，比如減震器阻尼，襯套剛度，懸架的模態(tài)（在10HZ-20HZ之間），動(dòng)力總成振動(dòng)等。這為以后分析同類似問題提供一個(gè)可以參考的方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳書明.轉(zhuǎn)向系統(tǒng) NVH 研究綜述.汽車工程學(xué)報(bào),Vol 1,No5,Nov.2011:429-441.

[2] 龐劍.汽車噪聲與振動(dòng)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2006.