124机械装备研发
Research & Development of Machinery and Equipment
2020年9月下
廖程亮
（江铃控股有限公司开发中心，江西 南昌 330001）
摘 要：文章以某SUV 高速行驶时方向盘异常摆振为研究对象，深入剖析高速行驶方向盘摆振产生机理、原因查、控制策略，提出了主观评价、客观测试与工程经验相结合的方法。通过优化前摆臂后衬套刚度及方向成功攻克了方向盘高速摆振技术难题，为预防和控制高速行驶时方向盘异常摆振的问题提供了一种切实可行的思路。关键词：方向盘摆振；轮胎不平衡；衬套刚度中图分类号：U472 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2020）18-0124-02
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作者简介： 廖程亮（1981—），男，江西奉新人，本科，高级
工程师，研究方向：机械设计。
1 方向盘高速摆振机理
1.1 方向盘高速摆振激励源
方向盘高速摆振的激励主要为路面-轮胎激励，而路面激励是普遍存在且无法控制的。目前，各大主流主机厂通过控制轮胎不平衡量达到控制摆振的目的。鉴于各大厂商制造、工艺、装配及成本等众多环节影响，轮胎动不平衡量最终难以得到保障。且使用一段时间后，轮胎不平衡量会变化，故很难从激励源头控制方向盘高速摆振，只能从传递路径方面加以控制。轮胎因动不平衡引起的激励频率计算公式如下：
f =（U a ×1000×2πR ÷3600）×N （1）式中：f 为轮胎的激励频率；U a 为车速，km/h；R 为轮胎的滚动半径，m；N 为激励阶次。
1.2 方向盘高速摆振传递路径
1)前轮定位参数：前轮四轮定位参数异常会影响转向轮在髙速行驶中的稳定状态，从而引发方向盘摆振问题。
2)轮胎动不平衡量：它直接影响方向盘摆振的幅值，理论上该值应该尽可能小，目前，江铃控股有限公司开发中心轮胎动不平衡量标准小于10g/cm。
3)悬架系统：轮胎-路面激励通过转向节传递给悬架系统，引起悬架系统共振，特别是悬架系统的前后方向异相位模态，很容易被轮胎一阶不平衡量激发引起共振，导致方向盘摆振。方向盘的摆振控制策略主要包括系统模态及刚度匹配[1]。
2 工程案例
2.1 问题描述
某项目整车优化阶段时发现在100km/h ～140km/h 行驶时方向盘出现摆振现象，而110km/h 时方向盘摆振现象特别突显。NVH 性能优化小组针对该问题进行优化整改。
2.2 测试及结果分析
在该车方向盘辐缘12点钟位置处安装三向加速度传感器，汽车方向盘传感器布置图如图1所示。
测试工程师采集了车速为100km/h ～140km/h 时的方向盘振动加速度信号。方向盘Y 向振动加速度如图2所示。
此工况下，方向盘摆振RMS 值的大小为0.29g，振动异常明显，此结果与驾评小组的主观感受一致。再根据经
验公式（1）得出车型的胎宽为255in，高宽比为50，轮辋
图1 汽车方向盘传感器布置图
直径为19in，车轮的激励频率为13.58Hz，与此工况下的峰值频率13.67Hz 吻合。初步判断此方向盘异常摆振与行驶系密切相关，需对行驶系统进一步排查[2-3]。
3 优化方案的制定及验证
3.1 转向轮定位参数检测
底盘工程师对该车转向轮的定位参数进行检测与校对，发现该车辆的车轮参数与原始设计参数基本保持一致，即排除了由于车辆的四轮定位参数异常而导致方向盘异常摆振。
汽车方向盘3.2 轮胎动不平衡量的调整及测试分析
底盘工程师经对车轮进行动平衡残余量检测，发现其平衡残余量为30g。对该车车轮动平衡残余总量进行调整8g。并按照对角方式依次锁紧车轮螺母。NVH 工程师对该试验车在相同工况下进行测试。
调整轮胎动不平衡量的方向盘异常摆振大小降到了0.20g，有一定的改善效果，但还是没有从根本上解决此问题。其测试结果与主观驾评价感受一致。因此，NVH 工程师还需要进一步对其摆振原因进行筛查[4]。
3.3 原始方向盘摆振（Nibble）响应CAE 分析
通过整合国内外方向盘摆振的研究成果，NVH 工程师借助CAE
仿真分析手段针对方向盘抖动（Nibble）响应进
图2 方向盘Y 向振动加速度
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