某车型高速行驶方向盘摆振分析

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摘要：研究高速行驶方向盘摆振影响因素与测试方法。针对某款乘用车方向盘摆振的现象进行原因分析，通过对其进行道路再现试验，测试分析轮胎至方向盘的灵敏度，可知该车对轮胎异相位的激励非常灵敏；以副车架为参考点，建立模型，通过ODS 分析进一步验证摆振产生原因。该研究为高速行驶方向盘摆振问题的解决提供依据。

关键词：方向盘；摆振；灵敏度分析；ODS

前言

方向盘在特定的车速下发生的回转摆动或振动现象称为方向盘摆振。摆振是一种十分有害而又经常遇到的振动现象，不仅严重影响整车的NVH 性能，引起消费者抱怨，对汽车的安全性、操纵稳定性等也有一定的负面影响，严重时甚至会引发安全事故[1]。

在车辆直线行驶时，易发生方向盘摆振现象，且直线稳速行驶距离越长，越容易出现摆振现象。市场上某款乘用车以车速110km/h 行驶时，方向盘摆振现象非常严重。道路情况愈复杂，方向盘的摆动愈剧烈，直接影响驾驶员的正常驾驶[2]。当前对摆振的研究基本从激励源及影响因素展开，文章针对该问题进行研究，为设计工程师提供参考。但如何在设计初期实现对摆振的预测及控制，仍需进一步的研究。

1 影响方向盘摆振的因素

方向盘产生摆振的原因较为复杂，主要原因为行驶系统、转向系统和驱动系统中的一个或多个部件存在着问题。根据项目开发经验积累，方向盘摆振现象的影响因素总结见表1。

1.1 行驶系统中旋转件不平衡对方向盘摆振的影响

行驶系统中旋转部件，如轮胎、制动盘的动不平衡是方向盘摆振的较大影响因素，且对转向轮的跳动和摇摆都有影响。如果存在动不平衡的问题，那么轮胎每转动一周就会产生一次激励，当激励频率与转向轮绕主销振动的固有频率相近时，就会发生强烈的前轮摆振，进而导致方向盘产生摆振现象[2]。

1.2 前轮定位参数失常的影响

前轮定位参数包括前轮前束、前轮外倾角、主销内倾角和主销后倾角四个要素，且不同型号的车辆参数值各不相同。如果前轮定位参数失常，破坏了转向轮的稳定效应，那么前轮会发生摆振，从而导致方向盘产生摆振现象[2]。

2 轮胎至方向盘灵敏度测试分析

2.1 轮胎至方向盘灵敏度测试

分别在方向盘3 点、9 点布置三向加速度传感器，在左右前轮轮辋垂直方向0 点各布置15g配重块，左右前轮胎侧布置光电传感器。

工况1：用光电传感器跟踪轮辋，保证两个轮胎所配配重块同向运动，测试方向盘的振幅；

工况2：用光电传感器跟踪轮辋，保证两个轮胎所配配重块反向运动，测试方向盘的振幅；

工况3：去掉配重块，测试方向盘振幅。

2.2 轮胎至方向盘灵敏度计算

在0 点位置布置配重块，A0 点的响应为（＆1-＆0）/mR。其中＆1=arctan（（X1（配重）-X0（配重））/2r）；＆0=arctan（（X1-X0）/2r）；

式中：

X1 为3 点加速度计测得的x向1 阶振动幅值；

X2 为9 点加速度计测得的x向1 阶振动幅值；

X1（配重）为3 点加速度计测得的x向1 阶振动幅值（轮胎上布置配重块后）；

X2（配重）为9 点加速度计测得的x向1 阶振动幅值（轮胎上布置配重块后）；

r 为方向盘旋转半径；

m为配重块质量；

R 为轮胎半径。

同理，可以计算出A90（3 点位置）、 A180（6 点位置）、A270（9 点位置）处响应。

2.3 轮胎至方向盘灵敏度计算结果

某车型对左右轮胎同相位和异相位激励方向盘12 点响应结果见表2，对增加配重块后方向盘3 点和9 点增量见表3。

从上述结算结果可知，该车型对左右轮胎同相位的“插入参量”不敏感，对异相位的“插入参量”敏感，即该车型对轮胎异相位的激励非常灵敏。

3 ODS测试分析

为进一步验证轮胎异相位激励是引起方向盘摆振的主要原因，进行实车ODS 测试分析：分别在问题车方向盘3 点、9 点、左右轮心位置位置布置三向加速度传感器，以副车架为参考点，建立模型，对测试数据做ODS 分析。ODS 测试分析结果见图4 和图5。

图4，通过ODS 振型可知，0~20.37s是方向盘摆振的最大值段，此时悬架呈异向位置摆动；图5，通过ODS 振型可知，37~48s是方向盘摆振的最小值段，此时悬架呈同向位置摆动。从振动的传递路径可进一步确定，该车型方向盘摆振现象的第一要因是轮胎异相位的激励。

4 结论

通过对某款乘用车高速行驶方向盘摆振问题产生的原因进行研究，得出轮胎异相位激励是产生该问题的第一要因，故需要对轮胎侧向力（LFV）、轮辋动不平衡残余量、轮胎总成动不平衡残余量以及轮辋与轮毂轴承配合间隙进行控制。由于引起方向盘摆振的因素是多种多样的，因此为避免摆振问题发生，还应按表1 所列的内容对其他因子进行严格把控。

作者：王朝建1，马晓敏2*，郑昌龙1

作者单位：（1.湖南智点智能新能源汽车有限公司，湖南株洲 412007；

2.乌鲁木齐三禾恒信工程技术有限公司，新疆乌鲁木齐 830026）

来源：汽车实用技术

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来源：汽车NVH云讲堂

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首次发布时间：2023-04-15

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