胎角
10.16638/jki.1671-7988.2019.20.019
王晓磊1，刘杏莉2，王宇鹏3，成华东4
（1.陕西汉德车桥有限公司产品开发部，陕西西安710200；2.陕西汉德车桥有限公司质量管理部，陕西西安710200；3.陕西汉德车桥有限公司研究所，陕西西安710200；
4.陕西汉德车桥有限公司营销中心，陕西西安710200）
摘要：汽车运动时，会遇到各种外力的干扰，引起多种复杂的运动；方向盘抖动作为车辆一种常见故障，驾驶员若长期接触高频振动方向盘，容易产生疲劳，同时会引发身体健康问题；文章以某一中型客车出现的方向盘发抖故障为基础，分析导致方向盘抖动的因素，同时确认转向前轴对方向盘抖动的影响大小。
关键词：转向前轴；方向盘；摆振
中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2019)20-51-03
The Analysis On The Effect of Steering Axle In The Steering Wheel Judder Defect
Wang Xiaolei1, Liu Xingli2, Wang Yupeng3, Cheng Huadong4
( 1.Shaanxi Handeaxle Co. Ltd Developement Department, Shaanxi Xi’an 710200; 2.Shaanxi Handeaxle Co.
Ltd Quality Management Department, Shaanxi Xi’an 710200; 3.Shaanxi Handeaxle Co. Ltd Design Department, Shaanxi Xi’an 710200; 4.Shaanxi Handeaxle Co. Ltd Marchkets Department, Shaanxi Xi’an 710200 )
Abstract:During the vehicle running, it suffers different direction forces which can induce several complex movements. The defect of steering judder can cause drivers fatigue and influence the drivers health. This paper is based on an medium bus’s steering wheel juddering, analyes the causes of the defect. Meantime, this paper confirms the effect of the steering axle on the defects.
Keywords: Sterring Axle; Steering Wheel; Shimmy
空调温度控制器
CLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2019)20-51-03
前言
随着客车的不断发展，客户对整车的舒适性等需求不断提升，特别是整车的振动特性影响顾客的直观感受；方向盘抖动作为汽车振动类型的一种，其振动特性影响驾驶员的健康及行驶安全；某公交公司司机反馈某品牌8米客车出现方向盘抖动现象，相对其它品牌方向盘的抖动情况严重，本文基于此问题进行分析，主要探讨产生方向盘抖动的原因，同时确认转向前轴对方向盘抖动的影响因素大小。1 故障现象
某品牌8米客车匹配4.2t前轴，钢板弹簧悬架；司机反馈车速（40-60）km/h方向盘抖动故障严重；同时，某反馈故障车辆装配不同品牌车桥厂家的前轴，主观感受装配某品牌的方向盘抖动程度相对装配另一品牌的抖动程度不一致。经现场实际跟车测试，此故障主要为车辆在经过坏路时，周向摆振幅度过大现象；速度越高，周向摆振幅度越厉害；同时对比市场某竞品车，在同一路况下，竞品车方向盘基本无周向摆振。
作者简介：王晓磊（1984-），男，项目经理/工程师，就职于陕西汉
德车桥有限公司产品开发部，从事车桥研究开发工作。
51
汽车实用技术
52 2 问题定义
从终端客户反馈及试车跟踪来看，整车过颠簸路面时，方向盘周向摆振过大，其可定义为整车方向盘对路面反馈比较灵敏，即所谓“路感”显著。
摆振分为强迫摆振和自激摆振。
强迫摆振定义为：由于周期性激励的一种振动现象。 自激摆振定义为：由于零部件自身在振动中产生的周期性激励源所引起的，其激励源伴随着振动的产生而产生。
从上述定义可以看出，目前顾客反馈问题可定义方向盘强迫摆振。
3 问题分析
3.1 方向盘周向摆振的传递路径分析
方向盘摆振的传递路径如下：
图1
从上述传递路径分析来看，主要从两方面需解决，分别为解决车轮摆振问题和减少悬架系统与转向系
统运动干涉量问题。 3.2 前轮摆振
橄榄油的制作方法前轮摆振产生的原因：陀螺效应是引起前轮摆振的一个重要原因。当汽车行驶在不平路面，车轮平面将按照汽车前进方向产生一定的偏转角速度，此时高速旋转车轮的动量矩的方向要发生变化，由于陀螺效应，将有一个陀螺力矩作用在车轮上，使转向轮绕主销转动；陀螺效应引起的车轮绕主销的振动随着车速的提高，车轮惯量的增大和车桥摆动角速度的增加而增强。
3.3 悬架系统与转向系统运动干涉
一般在整车布置转向机的位置时，需要考虑前悬架和转向拉杆的运动协调；当前轮相对车架或车身上下跳动时，转向节臂与总拉杆铰接的球销中心，一方面对着前轮绕着钢板弹簧主减所确定的摆动中心摆动，同时要绕着纵拉杆另一端 与转向摇臂相铰接的球销中心摆动；如果这两种摆动轨迹差较大，则会引起前轮绕主销的摆振，最终导致方向盘发生摆振。
4 解决措施
4.1 前轮摆振
针对上述分析，《汽车工程手册·基础篇》中对前轮摆振的影响速度进行仿真分析，得出前轮摆幅幅值随转向机构刚度的增加而减小的结论，同时对比同类型未出现故障车辆的布置及设计，发现在转向机布置时，为了避免在极限转角时，直拉杆与车架干涉，直拉杆的杆部结构为夹角为150°的两段，直拉杆结构刚性较差。
韩同和邹汉华在《EQ2102 越野汽车前轮摆振影响因素试验分析及改进措施》通过工程试验分析方法对失衡量和结构参数对汽车摆振的影响进行了研究，通过对主销增加阻尼轴承抑制前轮摆振的效果和控制方案的可行性进行的试验分析，解决了EQ2102越野汽车前轮摆振问题。
同时，从受力角度分析，在坏路面上，转向轮受侧向力作用，其方向大小不断变化，所以需要通过整车设计方面增加克服轮胎侧向力的变化对方向盘的影响，可以从增大主销后倾角和减少轮胎内偏距改善此问题；
因此，针对前轮摆振问题从以下三个方面进行解决： （1）更改直拉杆的结构，提高转向系刚度； （2）前轴增加阻尼轴承结构； （3）增加前轴后倾角。
4.2 悬架系统与转向系统运动干涉
根据理论要求，转向系和悬架系运动干涉量应达到最小，实际设计时，一般按照车身或车架上跳时干涉量≤5mm ；可将其运动干涉量调整为车架或车身上跳时≤3mm 。
同时，由于装配空气悬架车辆，其前轴部位等振动系统特性与板簧悬架差异很大，可对比不同悬架型式对方向盘摆振的影响。
由于前期客户反馈同一整车仅更换前轴品牌，方向盘摆振明显增加，可对此更换不同品牌的车桥进行验证。
5 整车道路测试
为了验证引起方向盘摆振的原因，同时确认前轴总成是否为引起方向盘摆振的主要原因，针对上述分析措施进行整车路试验证；由于无相关设备进行数据测试，主要通过路试司机和技术人员进行主观判断；为了确保验证结果的合理性和寻主要影响因素，在整车测试时，由同一司机和技术人员进行主观判断，并且一次只采取一项改进措施进行实施验证，具体验证措施和改进效果如下： （下转第57页）
张严芬 等：基于有限元法的五座观光车车架分析及优化
57
分别如图4、图5所示。
由图4可知，优化后的车架在弯曲工况下的最大变形为174.77MPa ，产生于第三、四根横梁与纵梁连接处，与之前相比，强度有所提高，但是小于材料的最大屈服强度，满足车架材料的强度要求。优化
后安全系数降低至1.3，在安全系数范围之内，安全值满足设计要求。车架的最大变形为0.11mm ，优化后的位移相对之前减小。最大变形发生在车架的两侧。
4 结论
本文将电动观光车的三维模型，导入到WorkBench 中，进行静力学分析。仿真结构表明车架结构的强度符合设计要求，但是安全系数值高于最大安全系数1.6，不满足设计要求。利用拓扑优化对车架进行优化，优化前后车架的安全系数降
投票箱制作低至1.3，满足要求。
顶喷通过优化车架的整体质量减轻20%。实现优化目标，因此满足设计要求。
参考文献
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业自动化,2015,37(21):132-134+144.
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[D].山东大学,2016.
[3] 张新明.某农用三轮汽车车架的有限元分析及改进减重设计研究
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[4] 郭瑞武，韩振南，刘邱祖.某牵引车车架多目标拓扑优化设计[J].现
代制造工程,2017(07):85-89.
（上接第52页）
表
1
从上述验证效果来看，转向前轴作为转向系统的一部分，不是影响方向盘摆振的主要原因，影响方向盘摆振的主要因素与悬架型式和悬架系、转向系的布置有很大关系，而且单一因素对方向盘摆振问题的解决贡献相对较小，解决效果不
理想；针对此问题需要整车统筹考虑整车悬架系和转向系的布置。
6 结论
通过上述分析，影响方向盘摆振的因素较多，转向前轴作为转向系的一部分，不是引起其原因的主要因素；此问题较复杂，与整车的悬架类型、转向系的布置等有很大关系，单一零件或总成对其影响较小。鉴于上述道路测试仅为主观判断，无相关振动模态测试数据，不能量化到改进效果，此为本次验证改进的缺陷，建议后续采集振动数据，以更有效的指导改进和评判改进效果。
参考文献
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业出版社,2004.8.
[2] 刘唯信.汽车设计[M]清华大学出版社第1版.
[3] 肖闯，殷智宏.单转向轮摆振机理与稳定性研究[J]工程设计学报第
19卷第3期.自制自慰器
[4] 韩同，邹汉华.EQ210越野汽车前轮摆振影响因素试验分析及改
进措施.试验•测试2007第1期.
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