關(guān)于汽車怠速方向盤振動(dòng)控制的分析

白金川

（黃河水利委員會(huì)水文局，河南 鄭州 450004）

而汽車怠速方向盤振動(dòng)的控制一直是人們所關(guān)注的話題，汽車車體或者相應(yīng)部件的震動(dòng)將有可能導(dǎo)致車內(nèi)固定的部件以及線路、保險(xiǎn)絲、繼電器、電機(jī)等損壞。所以對(duì)汽車怠速方向盤振動(dòng)進(jìn)行有效控制研究，對(duì)確保駕駛?cè)藛T的安全有重要的意義。

1 汽車怠速方向盤振動(dòng)原因分析

出現(xiàn)汽車怠速方向盤振動(dòng)的原因，可從三個(gè)角度進(jìn)行分析，首先可從激勵(lì)源激勵(lì)頻率的角度進(jìn)行分析，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生激勵(lì)源是在往復(fù)慣性力的作用下引起，大多數(shù)情況下，都是以點(diǎn)火階次為主。一般情況下，乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速都是在600-100r/min 這個(gè)范圍之內(nèi)，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的激振平率則在25Hz 左右。至于冷卻風(fēng)扇激勵(lì)，則是在力不平衡的作用下所形成，以基頻為主，乘用車?yán)鋮s風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速相比，其轉(zhuǎn)速要高得多，最多是在1 200-2 400r/min 這個(gè)范圍之內(nèi)，激勵(lì)頻率則 為30Hz 左 右[1]。

其次，從方向盤振動(dòng)傳遞路徑的角度進(jìn)行分析，路徑主要有傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)以及排氣系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)向轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行傳遞，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向器等傳動(dòng)到轉(zhuǎn)向柱，再到方向盤；發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)先是傳遞到車架或是車體中，再向方向盤傳遞；至于排氣系統(tǒng)則是發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)通過(guò)排氣系統(tǒng)，傳遞到車身，從而造成方向盤產(chǎn)生震動(dòng)。一般情況下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度受到向支撐梁系剛度、轉(zhuǎn)向柱系剛度這兩者的影響巨大，幾乎可以決定其剛度的大小，當(dāng)安置在方向盤的安全氣囊質(zhì)量較小時(shí)，轉(zhuǎn)向支撐梁與方向盤之間距離會(huì)有多間斷，其越短越好，轉(zhuǎn)向支撐梁與轉(zhuǎn)向柱上下安裝點(diǎn)，這兩者之間的距離則越大越好。

2 汽車怠速方向盤振動(dòng)的有效控制對(duì)策

2.1 從振動(dòng)源入手進(jìn)行汽車怠速方向盤振動(dòng)控制

解決汽車怠速方向盤振動(dòng)的有效方式是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，對(duì)不同轉(zhuǎn)速環(huán)境下的方向盤振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在750～960r/min 之內(nèi)，對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)速方向盤的振動(dòng)情況做觀察，通過(guò)觀察可了解到，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不超過(guò)855r/min 時(shí)，方向盤的振動(dòng)并不大，大于855r/min時(shí)，則出現(xiàn)很大的振動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)925r/min，方向盤已出現(xiàn)共振現(xiàn)象。因此，為了控制汽車怠速方向盤振動(dòng)，只要將發(fā)動(dòng)機(jī)怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速控制在855r/min 以下，就能避免汽車方向盤出現(xiàn)明顯的振動(dòng)[2]。但是，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速若是降低，必然會(huì)對(duì)汽車的性能造成一定的影響，為了解決這一問(wèn)題，需要將前進(jìn)擋的怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速控制在850r/min。

通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速來(lái)避免汽車怠速方向盤振動(dòng)，是一個(gè)理想的方法，但是，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速的降低，又會(huì)引起其他的問(wèn)題，因此，最好的辦法就是將其轉(zhuǎn)速設(shè)置為850r/min，可保證汽車的性能之外，又可控制汽車怠速方向盤的振動(dòng)。

2.2 從傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞路徑入手進(jìn)行汽車怠速方向盤振動(dòng)控制

通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞路徑進(jìn)行汽車怠速方向盤振動(dòng)的控制，是采用驅(qū)動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)來(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的激勵(lì)力，原車驅(qū)動(dòng)軸移動(dòng)節(jié)是六球DO 型萬(wàn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有很大的阻力，如此大的阻力，不可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)所造成的振動(dòng)進(jìn)行控制。但是，可通過(guò)采用三銷GI 型萬(wàn)向節(jié)來(lái)解決這問(wèn)題，三銷GI 型萬(wàn)向節(jié)的阻力比較小，完全滿足汽車的相關(guān)要求。使用GI 型萬(wàn)向節(jié)驅(qū)動(dòng)軸達(dá)到降低方向盤振動(dòng)的效果，駐車擋明顯下降，前進(jìn)擋的時(shí)候有所降低，前進(jìn)擋可采用驅(qū)動(dòng)軸GI 型的方式，或是降低發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的方式，來(lái)保證振動(dòng)效果，但是，這樣方式卻得不到認(rèn)可。將這兩種方式相結(jié)合進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)最大振動(dòng)頻率時(shí)，振動(dòng)值下降至0.08g，振動(dòng)在允許的范圍之內(nèi)，但是駐車擋時(shí)，會(huì)影響到汽車的性能，此時(shí)又不可調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速，因此，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行完善，完善之后，振動(dòng)依然比較大，需要進(jìn)行進(jìn)一步的控制工作，才可達(dá)到理想的振動(dòng)氛圍。

采用傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞路徑的方式來(lái)控制汽車怠速方向盤振動(dòng)，主要是采用三銷GI 型萬(wàn)向節(jié)進(jìn)控制，但是在其他方面還需要進(jìn)行改進(jìn)，才可達(dá)到理想的振動(dòng)狀態(tài)。

2.3 從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)入手進(jìn)行汽車怠速方向盤振動(dòng)控制

轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)剛度較弱的主要原因是柱筒上軸承、轉(zhuǎn)向柱這兩者進(jìn)行安裝時(shí)，這兩部位存在面積較大的缺口，由此造成剛度下降。因此，需要在轉(zhuǎn)向柱優(yōu)化現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)。進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn)，可知，若是方向盤的一階垂直彎曲模態(tài)頻率處在33.8Hz左右，與原來(lái)的狀態(tài)相比，明顯提高了很多。經(jīng)過(guò)對(duì)駐車擋方向盤的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，可知，若是只從轉(zhuǎn)向柱入手，將其加強(qiáng)，那么，振動(dòng)峰值就會(huì)有所降低，但是，即便是降低之后，振動(dòng)依然不理想，還是處于偏大的狀態(tài)[3]。此時(shí)，可將驅(qū)動(dòng)軸節(jié)型進(jìn)行改造，將其改造為GI 型，或是適當(dāng)加強(qiáng)轉(zhuǎn)向柱，這兩種方法都可使方向盤振動(dòng)得到改善。把前進(jìn)擋發(fā)動(dòng)機(jī)怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速調(diào)低，驅(qū)動(dòng)軸節(jié)型設(shè)計(jì)為GI 型，適當(dāng)加強(qiáng)轉(zhuǎn)向柱結(jié)構(gòu)，這三個(gè)方法都可將汽車方向盤怠速振動(dòng)控制在合適的范圍之內(nèi)。

從系統(tǒng)的角度著手，進(jìn)行汽車怠速方向盤振動(dòng)的控制工作，是一個(gè)比較理想的方法，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)，可找到系統(tǒng)剛度最弱的位置，以此為根據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。

3 結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)行汽車怠速方向盤振動(dòng)控制有利于行車的安全，可從三個(gè)角度著手進(jìn)行控制，使方向盤振動(dòng)控制在一定的范圍內(nèi)，對(duì)駕駛員不造成影響。

[1]盧曦，周萍，孫躍東等.汽車等速萬(wàn)向節(jié)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011，18(20):158.