浅谈汽车行驶时方向盘抖动主因分析

郭 俊

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

引言

汽车工业不断发展和人们需求不断提升的同时，人们对汽车的要求也越来越高，既要求舒适性，又要求可靠性。整车质量，尤其是影响整车的安全和功能的质量问题，成为不容忽视的问题。方向盘抖动影响驾驶人员的舒适性，同时由较大的安全隐患，文章对各影响因素逐一进行分析，找出了车辆高速行驶时方向盘抖动的主要原因。

1 概述

1.1 主要故障表现

汽车在正常路面一般时速（0～90Km/h）行驶时，方向盘无异常现象，当车速增加到大于100Km/h时，方向盘以圆心为中心，往复摆振，随车速的继续增加，震动幅度增加。

1.2 振动传递路径的检测

1.2.1 转向系统共振频率测量位置

在转向系统上方向盘12点位置、转向机壳体侧、转向横拉杆销固定螺母端(左右)及轮胎布置5个点。

1.2.2 转向系统共振频率测量

根据方向盘摆动的状况主要考虑Y向的震动情况，实测数据为：一阶：f实测=14.19Hz，二阶：f实测=29.35Hz。

1.2.3 计算值

车速为 110km/h(30.6m/s)时，计算车轮（车轮规格：185R15LT-8PR）与地面相互作用产生激励频率为：f=30.6/(3.14*0.64)=14.4Hz一阶：14.4Hz；二阶：28.8Hz

1.2.4 结论

方向盘振动产生的频率实测与理论计算基本一致，判断振动的传递路径：转向节→转向器横拉杆→转向管柱→方向盘。

1.3 失效模式分析

根据振动传递路径的检测结果和对故障的观察，此方向盘的抖动产生可能为车轮与地面相互作用产生激励频率没有被有效的衰减，通过转向系统传递到转向盘所致。也可能是轮胎等旋转部件高速时不正常抖动产生的振动传递，主要从加振源、抑振能力、共振源所涉及到的零部件方面进行失效模式分析。

1.3.1 抑振能力分析

1）调整转向器啮合间隙或阀口的特性曲线在试验车上进行验证，结果证明对抖动没有影响；

2）标杆车(无问题车型)转向管柱和方向盘无抖动；问题车型换装标杆车转向管柱和方向盘存在高速抖动。

1.3.2 共振源分析

悬架换稳定杆加粗，副车架下摆臂连接支架加强，并减震器胶垫、下摆臂前后连接村套硬度调高，试验车上进行验证，有一定减弱现象，此方案对抖动消除有一定的作用。

1.3.3 加振源分析

1）轮毂制动盘总成的影响（采取标杆车与故障车相关零部件互换来验证）。

a.故障车换装标杆车的悬架和转向系统件进行验证产生抖动，依次将方向盘、转向管柱、减震器、下摆臂总成、螺旋弹簧、转向节带轮毂制动盘总成换为标杆车的件，整个过程方向盘均有明显抖动，直到换件完成抖动消失，可判断最后更换的件（转向节轮毂制动盘总成）对抖动有影响。

b.标杆车依次换装故障车的方向盘、减震器、螺旋弹簧、下摆臂总成、转向节带轮毂总成，在未加转向节带轮毂总成之前的过程中抖动基本消失，最后状态产生剧烈抖动；故障车装标杆车的转向节带轮毂总成和轮胎抖动基本消失。

c.使用专业设备对标杆车和故障车的轮毂制动盘进行动平衡检测，同一个件多次检出的数值差距很大，无法进行数值确认。

2）轮胎的影响

a.短轴距车辆不存在方向盘高速抖动现象，使用 225/70 R15轮胎，断面宽228mm，同等负荷下侧向刚度大于185R15 LT轮胎，在加大轮胎侧向刚度的要求下在试验车上换装195/70R15LT 轮胎，抖动有轻微减弱现象；

b.轮胎动平衡和轮辋端面跳动的影响：确认如下：

①挑选动平衡和跳动较好的两条轮胎，下线时两胎左右动不平衡量均为5g，0（编号Ⅰ），装试验车进行路试，主观评价抖动消失；

②将有方向盘高速抖动问题车辆的原装轮胎进行动平衡检测并进行配重达到技术要求(10g以内)，两轮胎总成下线时左右动不平衡量分别为7g，0和7g，5g（编号Ⅱ），此轮胎的径向跳动较差，装试验车路试，主观评价抖动基本消失，比安装Ⅰ组轮胎的效果稍差；

③在试验场对两台试验车分别更换Ⅰ、Ⅱ两组轮胎进行路试，评价结果与问题车相同。

通过验证分析确认轮胎总成和轮毂制动盘总成的动平衡和跳动状态差为产生方向盘高速抖动的主要原因。

1.4 轮毂制动盘总成质量控制与提升

1.4.1 技术标准

生产单位的盘毂总成不平衡量和盘毂总成动不平衡质量分别为450g.cm和50g，而研发单位的盘毂总成不平衡量和盘毂总成动不平衡质量分别为300g.cm和33.3g，两者标准存在较大差异。

1.4.2 实际实物测量

对实物的单轮毂动不平衡质量、盘毂总成动不平衡质量及制动盘跳动进行测量，测量结果均不符合生产单位的标准，且与研发单位的标准存在较大差异。实物质量不达标。

1.4.3 统一技术标准

1）前轮毂带制动盘合件不平衡量≤240g.cm，不平衡量采用单面检测和校正，平衡机的精度、标定等满足GB/T 4201等国标要求，检测和校正后在轮毂最大圆柱面上用蓝色标记重点的位置；

2）如装配时不与制动盘进行轻重点配对，则前轮毂剩余不平衡量≤190g.cm；

3）如装配时与制动盘进行轻重点配对，则前轮毂剩余不平衡量≤230g.cm；

4）调整前束标准为0±2mm。

1.4.4 轮毂总成品质提升

按照新技术标准实施后，并增加去重工艺以保证盘毂合件动平衡满足27g以下的要求。对生产过程随机抽检10个盘毂合件，100%符合标准。

1.5 轮胎总成质量控制与提升

1.5.1 轮胎与轮辋相关标准

1）轮辋单边剩余动不平衡质量≤32g；

2）车轮总成单边剩余动不平衡质量≤60g；

3）车轮加平衡块调整后，单边剩余不平衡质量≤10g；

4）轮辋径向端向跳动在1.0以内。

1.5.2 实际实物测量

1）经检测部分轮胎动平衡量达到76g，存在较大的超差，轮胎动平衡合格率仅为25%。

2）轮辋跳动不合格，其中最大值达到1.6，与图纸要求相差比较大。

轮胎总成与轮辋有一定比例部件实际检测的数据达不到技术标准。

1.5.3 测量设配的调查

轮胎组装厂提供检测记录将轮胎送至主机厂进行复检，数据存在差异，主要原因是因为动平衡的测量仪装卡方式不统一，造成数据偏差大，易出现误判、无操作。需对各方生产现场动平衡卡装方式进行统一，确认将原有以轮辐外面作为基准面，以中心孔内圆作为加紧面改为以轮辐内面作为基准面，以中心孔外圆作为夹紧面。

1.5.4 轮台总成品质控制与提升

1）对厂家进行过程审核；

2）对轮胎动平衡进行全检；

3）对轮辋跳动、平面度进行抽检；

4）优化动平衡检测议。

经过多轮整改，车轮动平衡水平有较大提升，动平衡严重超差部件已得到有效控制。

1.6 验证胎压对方向盘抖动的影响

测量方向盘抖动故障车辆前轮气压，并将气压依次降低至不同水平，记录试验结果：

1.6.1 首先查找了相关标准，确定轮胎气压范围

标杆车前悬满载重量1420kg，其轮胎气压为280kpa，故障车前悬满载重量1560kg，轮胎气压为450kpa。

1.6.2 实验车进行验证

测量气压为 450kpa，符合技术要求，依次降低气压至400kpa，360kpa，320kpa。经过验证，气压对方向盘抖动情况影响较小，无明显规律，故排除此项原因。

1.7 检测线四轮定位校核

处理方向盘抖动故障时，存在部分车辆前轮前束值超差的情况。将前束调整至0-2mm，抖动故障消除或减弱。抽查同一台车重复测量4次前束的最大差值为0.5mm。协调相关单位对四轮定位仪进行校核后对之前车辆再次重复测量，差值为0.2mm。

经过校准，前轮前束检测一致性水平已提高至可接受范围，由设备标定单位定期对设备进行校准。

1.8 验证效果

对存在故障的车辆进行排查，更换经过控制的零部件（轮毂总成、轮胎总成），方向盘抖动的问题有效地解决。

1.8.1 现场验证和市场反应情况

通过现场生产车辆进行统计：故障率由 2月份的100%逐步下降至11月的3%，并保持稳定；在市场的一年验证周期内车辆再无高速行驶时车辆方向盘抖动问题发生。

2 结论

通过对故障现象的说明和对各相关零部件的分析、标准确定以及检测设配的优化与校核，系统全面地分析了车辆在高速行驶方向盘产生抖动的所有可能因素。采用逐一排查和对比的方法，从各个影响环节中找到了解决的关键。从中得出，提升零部件的精度和控制零部件对标质量是控制方向盘高速抖动的最有效手段。

[1] 中国国家标准.GB 7258——2004 机动车运行安全技术条件.北京:中国标准出版社,2004:p9.

[2] 中国国家标准.GB/T 4201-2006/ISO 2953:1999 平衡机的描述检验与评定.北京:中国标准出版社,2007:p1-38.

[3] 刘利胜,姜晓 .汽车底盘构造. [M]北京大学出版社.2006:p54-83.

[4] 周长城.汽车振动分析与测试.[M]北京大学出版社.2011:p127-135.