转向系统的优化设计对整车方向盘振动问题的改善研究

万里，郑勇

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330052）

转向系统的优化设计对整车方向盘振动问题的改善研究

万里，郑勇

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330052）

国内某车企将某款商用车的变速箱由MT变更为AT后，进行整车NVH性能主观评价时，发现在怠速开空调、D档的工况下方向盘振动过大影响驾驶员的驾驶舒适性。针对此问题，分析方向盘振动的来源和机理，通过优化转向系统的结构来改善方向盘振动问题，并运用试验来验证其有效性。

方向盘；振动；转向系统；优化设计

前言

随着人类社会的高速发展和进步，人们对汽车驾驶舒适性的要求也越来越高。其中汽车的NVH性能，即噪声、振动及声振粗糙度，是汽车驾驶舒适性的重要评价指标[1]。而汽车发动机怠速时方向盘的振动现象更是直接影响到驾驶员的室内驾驶感受，所以方向盘振动对整车的驾驶舒适性和品牌口碑都有不利的影响。故改善汽车发动机怠速时方向盘的振动问题对提高整车质量及驾驶员的驾驶舒适性有重要意义。

1 方向盘振动问题及机理分析

问题车型介绍：某汽油款自动档商用车在发动机怠速开空调、D档的工况下存在明显的方向盘振动问题，尤其是在825r/min，开空调的情况下，方向盘振幅最大。

方向盘振动问题主要是由激励源激励，经由传递路径传递到方向盘引起的。尤其是当方向盘的固有频率与激励频率耦合时会发生共振，产生较大振动。方向盘振动的激励源主要有发动机的激励和来自路面的激励。而具体的传递路径主要是通过悬置系统、排气系统到达车身、车架，再通过车身、车架传递给转向系统直至方向盘；或者通过传动系统到达转向系统直至方向盘，使方向盘发生振动，如图1所示[2]。

图1 方向盘怠速振动传递路径

实验研究表明发动机怠速时的激励源主要由最低阶激励（4缸直列发动机为2阶，6缸直列发动机为3阶）引起。一般情况下，商用车发动机怠速转速都是在600-1000r/min这个范围内，4缸发动机的激振频率一般为20～35Hz，6缸一般为30～37.5Hz[3]。如果方向盘的固有频率和激励频率接近，将会使方向盘发生剧烈振动。为避免方向盘的怠速共振，要求转向系统中方向盘的固有频率高于发动机的怠速激励频率。

2 转向系统的结构优化及NVH测试

图2 转向系统结构示意图

转向系统主要的结构设计因素包括：方向盘的重量、转向管柱与仪表横梁的连接支架的几何形状、转向系统的质量分布（零件板厚）等。这些因素是影响转向系统方向盘固有频率的主要因素，也是设计时需要着重考虑的问题，常见的转向系统如图2所示。其中，减轻方向盘和主驾驶安全气囊的重量、减小方向盘的转动惯量、提高方向盘骨架刚度能有效提高方向盘的固有频率。同时通过加宽转向柱安装支架、减小支架高度和增加加强筋等改进，也可以使得方向盘的模态频率有所提高。

按照上述优化方案优化方向盘（方向盘和 DAB重量由3.2kg减轻到2.85kg）和优化转向管柱（转向管柱安装支架厚度由2.5mm加厚到3.5mm），到问题车上进行试装测试方向盘振动频率和振幅，结果表明振动问题改善明显，如图3所示。

图3 转向系统优化前后方向盘振动频率和振幅

3 结论

本文以某车型怠速时方向盘振动过大为例，通过对汽车怠速工况下方向盘振动产生机理及传递路径的分析，研究从转向系统的结构设计方面对方向盘振动问题的改善方法。并通过对样件试装验证及测试，论证了通过优化转向系统的结构设计达到提高方向盘固有频率，从而实现避免怠速共振的优化方法，为转向系统的设计提供参考。

[1] 庞剑,谌刚.汽车噪声与振动—理论与应用[M].北京:北京理工大学出版社,2006年.

[2] 李静波,王晖,王雷.某车怠速方向盘振动问题研究[J].中国汽车工程学会年会论文集,2014年02期1285-1289页.

[3] 卢曦,周萍,孙跃东等.汽车等速万向节的现状与发展[J].机械设计与制造,2011年18卷20期158-160页.

Research on optimization of steering system design to improve the vehicle steering wheel vibration issue

Wan Li, Zheng Yong
( Jiangling Motors Corporation, Ltd., Jiangxi Nanchang 330052 )

An automobile company changed manual transmission (MT) to auto transmission (AT) on a commercial vehicle in domestic, when evaluated the vehicle NVH performance subjectively, finding that steering wheel had too much vibration which would lead bad driving comfort in idle and air conditioning on, or forward gear. By analyzing the source and mechanism of the steering wheel vibration, optimizing the structural of the steering system can improve this issue, and using the experiment to verify the correctness of new design at last.

steering wheel; vibration; steering system; optimizing

U468

A

1671-7988(2017)22-65-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.022

万里（1972-），男，底盘资深工程师，从事领域为汽车底盘的设计开发及研究工作。郑勇（1981-），男，转向工程师，从事领域为汽车转向系统的设计开发及研究工作。

CLC NO.:U468

A

1671-7988(2017)22-65-02