某車型高速行駛方向盤擺振分析

王朝建 馬曉敏 鄭昌龍

摘 要：研究高速行駛方向盤擺振影響因素與測試方法。針對某款乘用車方向盤擺振的現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，通過對其進(jìn)行道路再現(xiàn)試驗，測試分析輪胎至方向盤的靈敏度，可知該車對輪胎異相位的激勵非常靈敏;以副車架為參考點，建立模型，通過ODS分析進(jìn)一步驗證擺振產(chǎn)生原因。該研究為高速行駛方向盤擺振問題的解決提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：方向盤;擺振;靈敏度分析;ODS

中圖分類號：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）04-139-03

Analysis on Steering Wheel Shimmy of a Vehicle at High-Speed

Wang Chaojian¹， Ma Xiaomin^2*， Zheng Changlong¹

（?1.Hunan Zhidian?Intelligent?NEV?Co.， Ltd.， Hunan Zhuzhou?412007;2.Urumqi Sanhe Hengxin Engineering Technology?Co.， Ltd. Xinjiang Urumqi 830026?）

Abstract：?Study the influencing factors and test methods of steering wheel shimmy when driving at high-speed. The cause of the vibration of the steering wheel of a vehicle?is analyzed， and the sensitivity of the tire to the steering wheel is tested by analyzing the road reproduction test. It can be seen that the vehicle is very sensitive to the tire's out-of-phase excitation; the subframe is used as a reference ， Established?a model， and further verify the cause of the steering wheel shimmy?through ODS analysis. This study provides the basis for solving the problem of steering wheel shimmy at high-speed.

Keywords：?Steering wheel;?Shimmy; POF; ODS

CLC NO.： U467??Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）04-139-03

前言

方向盤在特定的車速下發(fā)生的回轉(zhuǎn)擺動或振動現(xiàn)象稱為方向盤擺振。擺振是一種十分有害而又經(jīng)常遇到的振動現(xiàn)象，不僅嚴(yán)重影響整車的NVH性能，引起消費者抱怨，對汽車的安全性、操縱穩(wěn)定性等也有一定的負(fù)面影響，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)安全事故^[1]。

在車輛直線行駛時，易發(fā)生方向盤擺振現(xiàn)象，且直線穩(wěn)速行駛距離越長，越容易出現(xiàn)擺振現(xiàn)象。市場上某款乘用車以車速110km/h行駛時，方向盤擺振現(xiàn)象非常嚴(yán)重。道路情況愈復(fù)雜，方向盤的擺動愈劇烈，直接影響駕駛員的正常駕駛^[2]。當(dāng)前對擺振的研究基本從激勵源及影響因素展開，文章針對該問題進(jìn)行研究，為設(shè)計工程師提供參考。但如何在設(shè)計初期實現(xiàn)對擺振的預(yù)測及控制，仍需進(jìn)一步的研究。

1?影響方向盤擺振的因素

方向盤產(chǎn)生擺振的原因較為復(fù)雜，主要原因為行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)中的一個或多個部件存在著問題。根據(jù)項目開發(fā)經(jīng)驗積累，方向盤擺振現(xiàn)象的影響因素總結(jié)見表1。

1.1?行駛系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)件不平衡對方向盤擺振的影響

行駛系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)部件，如輪胎、制動盤的動不平衡是方向盤擺振的較大影響因素，且對轉(zhuǎn)向輪的跳動和搖擺都有影響。如果存在動不平衡的問題，那么輪胎每轉(zhuǎn)動一周就會產(chǎn)生一次激勵，當(dāng)激勵頻率與轉(zhuǎn)向輪繞主銷振動的固有頻率相近時，就會發(fā)生強烈的前輪擺振，進(jìn)而導(dǎo)致方向盤產(chǎn)生擺振現(xiàn)象^[2]。

1.2?前輪定位參數(shù)失常的影響

前輪定位參數(shù)包括前輪前束、前輪外傾角、主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角四個要素，且不同型號的車輛參數(shù)值各不相同。如果前輪定位參數(shù)失常，破壞了轉(zhuǎn)向輪的穩(wěn)定效應(yīng)，那么前輪會發(fā)生擺振，從而導(dǎo)致方向盤產(chǎn)生擺振現(xiàn)象^[2]。

2?輪胎至方向盤靈敏度測試分析

2.1 輪胎至方向盤靈敏度測試

分別在方向盤3點、9點布置三向加速度傳感器，在左右前輪輪輞垂直方向0點各布置15g配重塊，左右前輪胎側(cè)布置光電傳感器。

工況1：用光電傳感器跟蹤輪輞，保證兩個輪胎所配配重塊同向運動，測試方向盤的振幅;

工況2：用光電傳感器跟蹤輪輞，保證兩個輪胎所配配重塊反向運動，測試方向盤的振幅;

工況3：去掉配重塊，測試方向盤振幅。

2.2?輪胎至方向盤靈敏度計算

在0點位置布置配重塊，A0點的響應(yīng)為（&1-&0）/mR。

其中&1=arctan（（X1（配重）-X0（配重））/2r）;

&0=arctan（（X1-X0）/2r）;

式中：

X1為3點加速度計測得的x向1階振動幅值;

X2為9點加速度計測得的x向1階振動幅值;

X1（配重）為3點加速度計測得的x向1階振動幅值（輪胎上布置配重塊后）;

X2（配重）為9點加速度計測得的x向1階振動幅值（輪胎上布置配重塊后）;

r 為方向盤旋轉(zhuǎn)半徑;

m為配重塊質(zhì)量;

R為輪胎半徑。

同理，可以計算出A90（3點位置）、?A180（6點位置）、?A270（9點位置）處響應(yīng)。

2.3?輪胎至方向盤靈敏度計算結(jié)果

某車型對左右輪胎同相位和異相位激勵方向盤12點響應(yīng)結(jié)果見表2，對增加配重塊后方向盤3點和9點增量見表3。

3點和9點響應(yīng)結(jié)果

從上述結(jié)算結(jié)果可知，該車型對左右輪胎同相位的“插入?yún)⒘俊辈幻舾?，對異相位的“插入?yún)⒘俊泵舾校丛撥囆蛯喬ギ愊辔坏募罘浅ｌ`敏。

3?ODS測試分析

為進(jìn)一步驗證輪胎異相位激勵是引起方向盤擺振的主要原因，進(jìn)行實車ODS測試分析：分別在問題車方向盤3點、9點、左右輪心位置位置布置三向加速度傳感器，以副車架為參考點，建立模型，對測試數(shù)據(jù)做ODS分析。ODS測試分析結(jié)果見圖4和圖5。

圖4，通過ODS振型可知，0～20.37s是方向盤擺振的最大值段，此時懸架呈異向位置擺動;圖5，通過ODS振型可知，37～48s是方向盤擺振的最小值段，此時懸架呈同向位置擺動。從振動的傳遞路徑可進(jìn)一步確定，該車型方向盤擺振現(xiàn)象的第一要因是輪胎異相位的激勵。

4?結(jié)論

通過對某款乘用車高速行駛方向盤擺振問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究，得出輪胎異相位激勵是產(chǎn)生該問題的第一要因，故需要對輪胎側(cè)向力（LFV）、輪輞動不平衡殘余量、輪胎總成動不平衡殘余量以及輪輞與輪轂軸承配合間隙進(jìn)行控制。由于引起方向盤擺振的因素是多種多樣的，因此為避免擺振問題發(fā)生，還應(yīng)按表1所列的內(nèi)容對其他因子進(jìn)行嚴(yán)格把控。

參考文獻(xiàn)

[1]?張永利，許翔，等.高速行駛時汽車方向盤擺振的控制[J].噪聲與振動控制.2015， 35（41）： 228-236.

[2]?賈小利，張軍，等.轎車高速行駛方向盤擺振控制與工程應(yīng)用[J].噪聲與振動控制.2011，56（4）：56-58.