10.16638/jki.1671-7988.2021.04.026
洪嘉琪
（江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心，江西南昌330001）
关键词：商用车；方向盘；模态
中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)04-84-03
Simulation and Optimization of Nvh Modal Performance of a Commercial
Vehicle Steering Wheel
Hong Jiaqi
( Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )
Abstract: The steering wheel is a key component of the steering system of commercial vehicles, which has an important impact on the NVH performance of the vehicle. In this paper, the modal CAE research is carried out for the basic scheme and two optimization schemes of the steering wheel of a commercial vehicle. The results of the CAE analysis show that the NVH modal performance of the optimized scheme meets the target requirements.
Keywords: Commercial vehicle; Steering wheel; Modal performance
CLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)04-84-03
1 引言
随着国家经济高速发展，人民的生活水平日益提高，商用车销量也得到快速发展，与此同时，人们对于整车NVH 品质要求也越来越高。方向盘是驾驶员通过肢体直接接触的汽车部件，方向盘的振动特性对驾驶员的安全行驶有着直接影响，同时方向盘的振动会直接反馈给驾驶员，如果振动过大，不但会
降低整车NVH性能，而且会对汽车的正常行驶，操稳性能和平顺性产生重要影响[1-2]。故研究传动轴NVH模态性能具有重要的价值和意义。
本文研究源于某商用车新开发方向盘系统，需确保其NVH模态性能满足设计目标要求，通过有限元方法，基于Nastran软件，对某商用车方向盘基础方案和优化方案进行了CAE模态分析，CAE分析结果表明此商用车方向盘优化方案NVH模态性能避开了发动机怠速共振频率，性能满足目标。
2 方向盘基础方案CAE模态分析
特斯拉回应车主起诉2.1 模态分析理论
结构系统固有模态频率及振型是分析结构振动特性基础，通过模态分析可确定结构的振动特性[3]。
方向盘的振动方程为[3]：
（1）式（1）中，[M]为结构总质量矩阵；C为阻尼矩阵；[K]为总刚度矩阵；为加速度向量；{q}为位移向量。
2.2 方向盘有限元模型
本文采用有限元软件Hyperworks对某商用车方向盘基础方案进行了建模，网格大小为4mm，方向盘骨架材质为镁铝合金，发泡材料为聚氨酯，模型中采用一维Mass单元模
泉州交通违章查询网作者简介：洪嘉琪，就职于江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心。
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洪嘉琪：某商用车方向盘NVH 模态性能仿真优化研究
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拟，带驾驶室的方向盘基础方案有限元模型如图1所示。
图1 某商用车方向盘基础方案FEA 模型
2.3 方向盘CAE 模态分析
本文分析了某商用车方向盘基础方案传动轴自由模态，CAE 分析结果如图2所示，一阶X 向前后摆动模态频率为40.9Hz ，二阶Y 向横向摆动模态频率为32.1Hz ，三阶Z 向振动模态频率为53Hz ，与发动机四阶38Hz 存在潜在共振风险。
图2 方向盘基础方案模态分析结果
3 方向盘优化方案模态分析
3.1 方向盘优化方案
本文对某商用车方向盘系统进行了优化设计，优化方案opt1骨架为铝合金材质，优化方案opt2轮缘为钢材质，轮辐为铝合金材质，如图3
所示。
耐特通轮胎opt1方案 opt2方案
图3 方向盘优化方案
3.2 方向盘优化方案CAE 模态分析
本文对某商用车方向盘优化方案opt1进行了自由模态分析，得到如图4分析结果，一阶X 向前后摆动模态频
率为40.5Hz ，
二
黄金跑车是谁的阶Y 向横向摆动模态频率为30.7Hz ，三阶Z 向振
动模态频率为57.3Hz ，改善效果较好。
图4 方向盘优化方案opt1模态分析结果
本文对方向盘优化方案opt2进行了自由模态分析，得到如图5分析结果，一阶X 向前后摆动模态频率为40.3Hz ，二阶Y 向横向
摆动模态
频
率为30.6Hz ，三阶Z 向振动模态频率为57.2Hz ，改善效果最好，汇总结果如表1
。
图5 方向盘优化方案opt2模态分析结果
表1 方向盘模态分析结果表
3.3 方向盘CAE_IPI 分析
本文对方向盘系统三个方案进行了IPI 分析，在方向盘12点方向施在1N 载荷，在方向盘6点方向观测响应结果，得到图6分析结果，由图可知，Opt2方案振动响应幅值最小，
汽车实用技术
86 优化效果最好。
图6 方向盘IPI 分析结果
4 结论
江西江铃汽车本文基于NASTRAN 有限元仿真分析软件，对某商用车方向盘基础方案和两个优化方案进行了CAE 模态和IPI 分析，结果表明：
（1）基础方案一阶X 向前后摆动模态频率为40.9Hz ，
二阶Y 向横向摆动模态频率为32.1Hz ，三阶Z 向振动模态频率为53Hz ，与发动机四阶38Hz 存在潜在共振风险。
（2）优化方案通过调整方向盘骨架和轮辐材质，模态频率得到优化，改善效果显著，此商用车方向盘优化方案NVH 模态避开了发动机怠速频率，满足设计目标。
参考文献
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五菱荣光改装[3] 王锐，苏小平.汽车副车架强度模态分析及结构优化[J].机械设计
与制造,2014,35(4):46-58.
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