某车型高速行驶方向盘摆振分析

王朝建 马晓敏 郑昌龙

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

中图分类号：U467  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）04-139-03

Analysis on Steering Wheel Shimmy of a Vehicle at High-Speed

Wang Chaojian¹， Ma Xiaomin^2*， Zheng Changlong¹

（ 1.Hunan Zhidian Intelligent NEV Co.， Ltd.， Hunan Zhuzhou 412007;2.Urumqi Sanhe Hengxin Engineering Technology Co.， Ltd. Xinjiang Urumqi 830026 ）

Abstract： Study the influencing factors and test methods of steering wheel shimmy when driving at high-speed. The cause of the vibration of the steering wheel of a vehicle is analyzed， and the sensitivity of the tire to the steering wheel is tested by analyzing the road reproduction test. It can be seen that the vehicle is very sensitive to the tire's out-of-phase excitation; the subframe is used as a reference ， Established a model， and further verify the cause of the steering wheel shimmy through ODS analysis. This study provides the basis for solving the problem of steering wheel shimmy at high-speed.

Keywords： Steering wheel; Shimmy; POF; ODS

CLC NO.： U467  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）04-139-03

前言

方向盤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塊反向运动，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。

3点和9点响应结果

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。

参考文献

[1] 张永利，许翔，等.高速行驶时汽车方向盘摆振的控制[J].噪声与振动控制.2015， 35（41）： 228-236.

[2] 贾小利，张军，等.轿车高速行驶方向盘摆振控制与工程应用[J].噪声与振动控制.2011，56（4）：56-58.