某微型卡车方向盘摆振问题分析及改进

陈开超

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

使用维修

某微型卡车方向盘摆振问题分析及改进

陈开超

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章针对某微型卡车过颠簸路工况时出现的方向盘左右摆振问题进行了原因排查，最终提供了一种较好的解决方案，为后续其它车型开发提供了一种有效的借鉴思路。

摆振；打手；运动干涉；反跳；平卷耳

CLC NO.:U472.6Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-105-02

引言

转向系统主要功能是驾驶者通过对方向盘的操纵来控制前轮绕主销的转角，进而操纵汽车运动的方向。优秀的系统设计能够使驾驶者易于控制汽车的运动方向，同时获得一定的路感，及时获知路面的信息。如果在某些路况出现方向盘来回摆振打手现象，将使驾驶者控制方向盘变得困难，严重的会影响行驶安全，给生命财产安全带来严重的隐患。

1、问题提出

某微型卡车前桥轴荷1.2T，匹配机械循环球转向器，该车在试验场进行强化路试验过程中驾驶员反馈车辆存在方向盘左右摆振现象，且有严重的打手现象，方向盘难以控制。

2、故障现象调查与分析

2.1 故障现象调查

选取上述故障车型的基础车型及一台竞品车型进行调查，两车型均匹配机械循环球转向器，前桥及拉杆结构相似。试验路面与试验场强化路面接近，由于路面高低不平，车辆通过时前桥存在严重颠簸现象。故障车型及两对比车型验证情况见表1：

表1 不同车型调查结果

2.2 故障车型整改目标

鉴于基础设计车型及竞品车型调查结果，可判定故障车型在通过颠簸路况时，存在严重方向盘摆振现象，且伴随着打手，基于竞品车型整改目标为：方向盘左右摆振角度控制在5°以内，将方向盘打手现象减轻至可接受程度。

2.3 方向盘摆振问题原因分析

该车型仅在颠簸路况出现方向盘摆振，可排除转向系统模态偏低造成的与发动机怠速频率耦合。另外针对车辆在通过颠簸路况时，车轮存在反跳的情况，可初步判断转向与悬架存在反跳时运动干涉量过大问题。图1为原状态转向与悬架运动干涉校核图：

图1 原状态转向与悬架运动干涉校核

理论校核：车轮在反跳（板簧处于自由状态）时，转向弯臂球销绕垂臂运动轨迹与随板簧运动轨迹干涉量达到6.3mm，理论上该干涉量需控制在3.5mm以内方向盘摆振现象会较轻微，不会造成客户抱怨。

2.4 整改方案

该车型在设计之初未充分考虑颠簸路车轮反跳工况，仅针对空载到超载工况时转向与悬架的干涉量进行了控制，转向垂臂与弯臂已开发模具件，如通过更改垂臂与弯臂球销点位置来减小车轮反跳时转向与悬架的干涉量，势必造成现有模具的报废。

针对该车型，整改措施将从前悬架前卷耳结构及位置进行改进。该车型前板簧前卷耳结构采用上卷耳结构，板簧主片中心的旋转中心位于前板簧基线（前后卷耳中心连线）上方r/2（r为前卷耳中心到主片中性层距离）；如采用平卷耳结构，板簧主片中心的旋转中心将位于主片中性层上。该车型整改方案为将前悬架前卷耳中心位置下移 18mm，同时将卷耳结构改进为平卷耳式，经校核该改进方案可有效减小车轮反跳时转向与悬架的运动干涉量。

图2及图3为两种卷耳结构示意图：

图2 上卷耳式

图3 平卷耳式

理论校核：改进后车轮在反跳（板簧处于自由状态）时，转向弯臂球销绕垂臂运动轨迹与随板簧运动轨迹干涉量减小到 3mm，同时在板簧上跳到上极限位置干涉量也由 2.6mm减小到1.3mm，干涉量需控制在3.5mm。

下图4为改进方案的转向与悬架的运动干涉校核图：

图4 改进后转向与悬架运动干涉校核

3、整改验证

3.1 静态测试

由于前悬架吊耳中心位置下移 18mm，前悬架吊耳支架进行相应改进以适应吊耳新状态位置；同时按照改进后板簧进行结构重新设计并采购样件。

装车后，对车辆静态情况下车轮从反跳状态（车轮脱离地面）缓慢下降到满载状态进行测试，方向盘摆动角度控制在5°以内，达到预期设计目标。

3.2动态测试

试验场驾驶员针对将整改后故障车辆重新进行了动态评价，在强化路面车辆方向盘摆振现象基本消除，仅有轻微打手现象，方向盘比较容易控制，最终得到驾驶员的认可，该问题得到闭环。

4、结论

故障车型由于在设计之初未充分考虑车轮反跳时转向与悬架的运动干涉，造成车辆在通过颠簸路面时出现方向盘摆振打手现象；由于该车型前桥弯臂及垂臂球销硬点位置已布置完毕并开发模具件，如重新布置势必造成模具的报废，造成不良的影响，因此针对故障车型的前悬架吊耳支架及卷耳结构进行改进，变动较小，同时有效减小了车轮反跳时转向与悬架的运动干涉量，并最终通过试验验证达到预期设计目标。

该文也提供了一种减小转向与悬架运动干涉的新途径，可以为后续车型的开发提供一种新的解决方案。

[1] 王望予.汽车设计.北京:机械工业出版社,2000.

[2] 王霄锋.汽车底盘设计.北京:清华大学出版社,2010.

[3] 江淮汽车集团研发中心.江淮轻型卡车设计规范.第一版,合肥: 江淮汽车股份有限公司,2006年6月.

A mini truck steering wheel shimmy problem analysis and improvement

Chen Kaichao
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

This paper investigate the reason that the steering wheel of a mini truck swing left and right over the bumpy road condition, finally provides a good solution which can provides an effective reference for the subsequent development of other models.

swing; impact hand; motion interference; bound; flat spring

U472.6

A

1671-7988 (2017)06-105-02

陈开超，就职于江淮汽车技术中心轻型商用车研究院，从事轻卡转向系统设计。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.036