某车型高速行驶方向盘摆振问题优化

2018-06-18周彬彬

时代汽车 2018年12期

周彬彬

安徽江淮汽车股份有限公司技术中心安徽省合肥市 230009

1 引言

随着我国高速公路的发展及汽车应用的普及，汽车在高速行驶过程中的振动问题越来越引起消费者的关注。方向盘摆振是汽车高速行驶过程中常见问题之一，主要由路面激励引起，路面及车轮总成是激励源，悬架及转向系统是传递路径。由于激励源振动过大或激励源频率与传递路径固有频率耦合，导致方向盘剧烈抖动。

本文以某车型为例，研究如何通过激励源、传递路径及响应分析的方法排查方向盘摆振问题的原因，并给出解决措施，为解决这类问题提供一种解决思路和方法。

2 问题描述

某车型车速80Km/h以上时开始出现方向盘摆振，方向盘绕转向管柱沿左右方向摆动，当车速达到110kM/h左右时方向盘摆振达到峰值。经测试，110kM/h时该车方向盘Y向振动在13Hz附近存在明显峰值，振动幅值为0.51g，X与Z向无此问题，如图1所示。

经计算，该车型车速110km/h时轮胎转动频率12.8Hz，轮胎转动频率与方向盘振动频率一致。为了进一步分析引起方向盘摆振的原因，包括激励源、传递路径及响应，对方向盘、轮胎总成及轮胎-方向盘的传递路径进行试验测试。

3 方向盘摆振问题原因分析

3.1 方向盘模态测试

对该车型进行方向盘模态测试，从结果可知方向盘模态在39Hz左右，方向盘自身模态在13HZ左右无对应峰值，排除方向盘摆振是由自身模态被激发而引起。

3.2 传递路径测试

对该车型进行车轮轴头—方向盘的VTF振动传递函数测试，结果显示轴头—方向盘VTF在13Hz左右无对应峰值，排除车轮轴头-方向盘传递路径与激励频率共振导致方向盘摆振问题。在车身、底盘、转向系统等位置布置振动传感器，对可能引起方向盘摆振各传递路径进行测试，由结果可知，车身及底盘测点在摆振频率无明显振动峰值，排除摆振是由车身-方向盘传递路径引起。

3.3 轮胎总成测试

对该车型轴头振动进行测试，轴头Y向振动为0.03g，明显大于无摆振问题的车型。为了确认轴头Y向振动偏大的原因，对轮胎、轮毂、轮辋、制动盘四个构成轮胎总成部件的关键指标进行测试排查。其中轮胎动平衡满足≤10g的设计要求，但轮胎均匀性较差，横向力波动力在10kgf左右，大于同类型其它车型。轮辋及轮毂的端面跳动及动平衡均满足设计要求。制动盘的平面度及动平衡满足设计要求，但通过对比制动盘止口配合间隙与轮胎螺栓配合间隙发现，止口的配合间隙远

图1 方向盘振动测试结果

图2 方向盘模态测试

图3 轴头-方向盘VTF测试

经计算，该车型车速110km/h时轮胎转动频率12.8Hz，轮胎转动频率与方向盘振动频率一致。为了进一步分析引起方向盘摆振的原因，包括激励源、传递路径及响应，对方向盘、轮胎总成及轮胎-方向盘的传递路径进行试验测试。小于螺栓配合间隙，确认该车制动盘主要通过止口定位，这种定位方式容易造成偏心，影响动平衡。对比其它车型止口+沉头螺钉的定位方式，制动盘偏心安装的几率更小，定位更加精确，从结构上减小制动盘和轮毂的配合间隙，且制动盘固定安装可提升装配过程一致性。

3.4 四轮定位参数测试

汽车四轮定位参数是影响方向盘摆振的重要因素之一，对该车前轮定位参数进行检测，该车定位参数均在设计范围内。为了验证前轮定位参数对该车型摆振幅值的影响，通过单一变量法，在设计允许的范围内分别调整车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角、前轮前束角四个定位参数，每次调整后对方向盘摆振幅值进行测试。经测试，前轮前束角参数变化对方向盘摆振幅值有明显影响，将前轮前束角调小后，方向盘摆振幅值也随之降低，其它定位参数对方向盘摆振幅值无明显影响。

图4 优化前后方向盘振动对比

4 优化方案及问题解决

针对上述引起该车型方向盘摆振问题的关键因素，分别从以下两个方向进行优化提升，一是制动盘安装方式更改为止口+沉头螺钉固定以提升制动盘安装精度，同时提升车轮均匀性，要求横向力波动LFV≤6kgf，从而降低车轮总成的激励幅值；二是调整该车型四轮定位参数，将前轮前束参数由设计上限值调至下限值。对优化后的效果进行验证，经测试，优化后轴头Y向振动幅值由0.03g降低为0.01g，方向盘Y向振动幅值由0.51g降低为0.07g，主观评价方向盘摆振问题基本消除，确认优化方案有效。