浅析汽车方向盘高速摆动问题

浅析汽车方向盘高速摆动问题

司金龙

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心230601）

摘要：本文通过问题分析，发现方向盘摆振频率与该车速下车轮滚动频率接近，基本确定激励源由车轮滚动产生。然后对相关子系统零部件进行逐一检查、验证，最终消除方向盘高速摆振问题。

关键词：摆振；子系统；验证

1引言

转向系统作为驾驶员直接控制车辆姿态的机构，其NVH特性直接影响驾驶员对整车的评价，转向系统的NVH问题很容易引起驾驶员的反感，怠速抖动及怠速转向异响，只是在主观感受上给驾驶员以较差的印象，而高速时方向盘摆动是转向系统和底盘系统出现异常的表现，不仅给驾驶员较差的印象，而且严重影响驾驶安全。

2行驶工况方向盘摆振分析

2.1摆振介绍

方向盘摆振是一种常见故障，分低速摆振和高速摆振两种。方向盘发生摆振问题原因较复杂，需要针对问题描述进行细致分析确定查找具体原因。低速摆振大多是由于转向系统机件磨损松旷及调整间隙过大引起；高速摆振除包括低速摆振原因之外，主要由车轮不平衡、前轮定位失准、前轮变形及悬架位移等原因造成。

2.2四轮定位参数

轿车在出厂时，其悬挂系统的定位角度(基本定位角度有7个)都是根据设计要求预先设定好的，其转向车轮、转向节和前轴三者之间的安装具有一定的相对位置，这种具有一定相对位置的安装叫作转向车轮定位，也称前轮定位，而对两个后轮来说也同样存在与后轴之间安装的相对位置，称后轮定位。这些定位角度共同用来保证车辆驾驶的舒适性和安全性。

2.3旋转件动平衡

汽车行驶时行驶系旋转件包括轮毂单元、制动盘及轮胎总成，它们在设计时有严格的动平衡要求，一旦它们之中一个或多个出现动平衡问题，在整车上都会以抖动或异响的形式暴露出来。

3实例分析

3.1问题描述

某MPV车型在高速路时，当车速到100km/h方向盘开始出现左右摆动情况，且出现在整个高速阶段，经过四轮定位为检查调整后，问题依旧存在。对摆振问题进行故障重现并记录结果分析，表1是对该车实测的加速度值（单位：g测试带宽100Hz）。

3.2问题分析

图7为该车110km/h、120km/h、130km/h、140km/h四个车速下方向盘Y向频谱图，由图可以看出，各车速下峰值频率存在明显比例关系，根据经验怀疑此激励频率与车轮滚动有关，故对车轮滚动频率做计算，已知该车轮胎型号为225/60R17,其滚动周长L=2.2m，其对应滚动频率ƒ=v/L，结果对比如表2。

其次在34.7Hz附近也出现一个较大峰值，该峰值为车轮滚动频率的二阶激励与转向系统固有频率接近引起方向盘共振所致，对该车方向盘进行固有频率测试，测试结果Y向固有频率为34.7Hz，与车辆行驶过程中34.7Hz吻合，确认该峰值由方向盘固有频率被激励引起的共振。

3.3方案验证

3.3.1车轮验证：

首先对问题车辆车轮进行验证，对原车车轮进行动平衡检测，检测发现轮胎动平衡严重超标，左右轮胎都存在不同程度的磨损，车轮动平衡检测结果见表4：

更换轮胎前后方向盘Y向频谱图变化如图9所示，其中左图为原始状态，右图为更换新状态车轮总成。对比发现，车轮动平衡对方向盘高速摆动问题有较大贡献量，通过更换新状态轮胎后，摆动情况有所好转，但摆动问题仍在存在还有优化空间。

3.3.2制动盘验证：

对前制动盘进行新旧零部件对比检测，检测项目包括制动盘径向跳动、摩擦片平面度及制动盘动平衡，其检测结果见表5；

更换新制动盘后进行整车验证，方向盘Y向频谱图变化如图10所示：其中左图为更换轮胎后原制动盘，右图为新轮胎、新制动盘。对比发现，方向盘整体摆动幅值降低，但在140k/h峰值变大，这可能是由于新制动盘未充分磨合导致，但整体摆动已有改善。

3.3.3下摆臂衬套验证：

在对该车底盘件进行检查时，发现该车下摆臂安装衬套存在拉脱问题，已经失去其限位作用，其拉脱可能会导致前悬架定位失效引起其他问题。此衬套在设计上除尺寸要求外，主要有三项刚度指标，分别为径向刚度、轴向刚度及扭转刚度，其作用主要是限位、承载、缓冲路面冲击的作用。

由于车上的衬套已经失效，不能进行刚度测试，故对该批次生产线上的样件进行抽检测试，测试结果见表6：

更换新下摆臂后进行整车验证，方向盘Y向频谱图变化如图11所示：其中左图为更换新轮胎、新制动盘旧下摆臂，右图为新轮胎、新制动盘新下摆臂。对比发现，100km/h-140km/h车轮滚动激励引起的方向盘摆动情况基本消失，只剩下方向盘固有频率34.7Hz处峰值，整车驾驶感受良好，摆动情况全部消除。

3.3.4整改效果对比：

经过系列排查整改，该车型方向盘高速摆动问题基本消除，市场整改效果得到顾客的认可。图12为问题车整改前后各车速下频谱对比图。由图可知，由车轮滚动频率引起的方向盘Y向摆动峰值已经基本消除，且整车验证已无摆动现象。方向盘频谱图中仅剩下34.7Hz处方向盘固有频率振动，该振动不影响正常驾驶，故不再进行相关优化。

结论

文中整改车型由于下摆臂衬套刚度较大，长期受路面较大冲击出现失效现象，造成下摆臂10mm移位，由于下摆臂起到承载及定位作用，它的移位致使前轮定位出现偏差，从而导致轮胎异常磨损、动平衡超标，最终引起方向盘摆动。

参考文献

[1]余志生《汽车理论》机械工业出版社2006.05.

[2]耶尔森.姆佩尔《汽车底盘基础》科学普及出版社1992.09.[3].庞剑、谌刚、何华《汽车噪声与振动——理论与应用》北京理工大学出版社2006.06.

[4]陈南《汽车振动与噪声控制》人民交通出版社2005.08.

[5]李惠彬、上官云飞《如何将汽车制造成精品:汽车噪音与振动控制》机械工业出版社2009.06.