某轻型卡车方向盘振动性能改进试验研究

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1、某轻型卡车方向盘振动性能改进试验研究辛雨姜建中北汽福田汽车工程研究总院分析中心摘要：方向盘振动影响驾驶员主观感受及健康。针对某轻卡样车方向盘振动性能，提出了一系列传递路径上改进措施后，仍未达到目标水平。通过振动及模态测试、传递函数测试等试验分析，确认方向盘振动大是方向盘本体引起：方向盘中心到方向盘12点位置的振动传递函数存在问题，导致方向盘振动大。经过对方向盘质量进行重新分布，并选用新材料，将方向盘模态分布改变，并优化方向盘中心到12点位置传函后，方向盘振动大问题解决，提高了该轻型卡车整体NVH水平。关键词：振动，模态，传递函数。0引言随着现代汽车工业的发展，驾驶员和车内乘客

2、对汽车车内振动和噪声的要求越来越高。作为驾驶员最直接感受的部件，方向盘的振动问题是影响驾驶员驾驶感觉的最重要组成部分。方向盘如果振动过大，还将影响驾驶员的疲劳感觉及身体健康【1】。方向盘的振动问题主要有方向盘的纵向振动、横向振动以及摆振等问题。其中方向盘的纵向振动（即方向盘点头振动）是汽车方向盘振动的最常见形式。一般来说，方向盘振动问题整改的方法是改变其模态【2-5】，或者改善其传递路径上振动的传递灵敏度【6】。本文介绍了某轻型卡车方向盘纵向振动的改进过程，采用改变降低方向盘一阶模态频率，优化方向盘固有频率与发动机怠速频率分布后，方向盘振动未达到目标要求。经过分析，方向盘中心

3、到12点位置的振动传递函数即振型也很大程度上影响了方向盘的振动性能，对此进行整改后，方向盘振动达到目标。1问题提出某轻型卡车开发过程中，发现方向盘怠速振动很大，与设计目标相去甚远。为了系统的分析该车型方向盘振动问题，建立了方向盘振动模型（激励源-传递路径-接受者）如图1所示。由于问题为方向盘怠速振动，路面激励作为激励源在此次整改中不考虑。发动机悬置车架悬置车身支架转向管柱花键方向盘悬挂螺栓转向机万向节路面激励轮胎车桥转向杆图1方向盘振动传递图经过测试，结果表明方向盘模态频率与发动机怠速频率相同产生了共振。为消除共振，通过对方向盘采取了增加质量，降低方向盘一阶固有频率；同时，为

4、了降低传递路径上的振动能量传递，优化了发动机的悬置；为了减轻从车身传递到方向盘的振动，加强了方向盘方向管柱与车身之间的支架刚度。改进后，方向盘振动有所降低，但在怠速工况下的振动仍未满足设计目标。为了继续改善样车方向盘振动性能，使样车振动水平能够得到客户认可，需要对方向盘的振动原因进行进一步分析及整改。2改进前方向盘系统性能2.1怠速振动经过测量，怠速时方向盘振动情况如表1所示。可见方向盘振动最大处为方向盘12点位置Z向，其值为3.37m/s2。主观评价感觉振动较大，不能满足客户要求。表1方向盘怠速振动大小m/s2X向Y向Z向方向盘3点0.330.721.39方向盘6点0.30

5、0.700.67方向盘9点0.350.580.91方向盘12点0.980.993.372.2定置缓加振动为了更好的研究方向盘的怠速性能，测试了定置缓加速时方向盘的振动，如图2所示。由图可知方向盘12点位置Z向振动最大，在800-1000rpm之间存在5.8m/s2的峰值。对方向盘12点位置该振动峰值影响最大的频率在发动机2阶振动的26-33Hz附近（见图3）。图2定置缓加速工况方向盘各点振动overall图（依次方向盘3点，6点，9点，12点；红色X向，绿色Y向，蓝色Z向）图3定置缓加方向盘12点Z向位置振动colormap图3原因分析3.1传递路径方向盘振动传递路径上各测点

6、怠速振动大小见表2。由该表及怠速传递路径上各测点振动谱图（图4）可知，方向盘12点位置Z向振动相比其他测点明显偏大，主要原因为18-36Hz的振动比其它测点大很多。表2传递路径上各测点怠速振动大小m/s2X向Y向Z向车架0.250.320.51转向机0.440.430.89车身支架0.770.220.32方向管柱顶端0.740.440.31方向盘辅架0.700.380.38方向盘12点0.980.993.37图4怠速方向盘振动传递路径各点spetrum图（实线：红色车架，绿色转向机，蓝色车身支架；虚线：红色方向管柱顶，绿色方向盘辅架，蓝色方向盘12点）定置缓加速测试时（图5）

7、，在800-1000rpm转速段，转向机和车身支架的振动传递到方向管柱顶端过程中，车身支架的振动较小，说明前期对车身支架的改进有作用；从方向管柱传递到两幅方向盘的辅架上，振动有所放大；从方向盘辅架传递到方向盘12点位置，振动放大明显。可见在样车现有状态下，方向盘的振动最大问题在于方向盘的本身特性。图5定置缓加方向盘振动传递路径各点overall图（实线：红色车架，绿色转向机，蓝色车身支架；虚线：红色方向柱顶，绿色方向盘辅架，蓝色方向盘12点）3.2方向盘模态对方向盘系统进行试验模态分析【7】，锤击法模态