關于汽車怠速方向盤振動控制的分析

白金川

（黃河水利委員會水文局，河南 鄭州 450004）

而汽車怠速方向盤振動的控制一直是人們所關注的話題，汽車車體或者相應部件的震動將有可能導致車內固定的部件以及線路、保險絲、繼電器、電機等損壞。所以對汽車怠速方向盤振動進行有效控制研究，對確保駕駛人員的安全有重要的意義。

1 汽車怠速方向盤振動原因分析

出現汽車怠速方向盤振動的原因，可從三個角度進行分析，首先可從激勵源激勵頻率的角度進行分析，發動機產生激勵源是在往復慣性力的作用下引起，大多數情況下，都是以點火階次為主。一般情況下，乘用車發動機怠速轉速都是在600-100r/min 這個范圍之內，四缸發動機的激振平率則在25Hz 左右。至于冷卻風扇激勵，則是在力不平衡的作用下所形成，以基頻為主，乘用車冷卻風扇轉速與乘用車發動機怠速轉速相比，其轉速要高得多，最多是在1 200-2 400r/min 這個范圍之內，激勵頻率則 為30Hz 左 右[1]。

其次，從方向盤振動傳遞路徑的角度進行分析，路徑主要有傳動系統、發動機懸置系統以及排氣系統。傳動系統是發動機產生振動向轉向節進行傳遞，經過轉向器等傳動到轉向柱，再到方向盤；發動機懸置系統先是傳遞到車架或是車體中，再向方向盤傳遞；至于排氣系統則是發動機振動通過排氣系統，傳遞到車身，從而造成方向盤產生震動。一般情況下，轉向系統的剛度受到向支撐梁系剛度、轉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，當安置在方向盤的安全氣囊質量較小時，轉向支撐梁與方向盤之間距離會有多間斷，其越短越好，轉向支撐梁與轉向柱上下安裝點，這兩者之間的距離則越大越好。

2 汽車怠速方向盤振動的有效控制對策

2.1 從振動源入手進行汽車怠速方向盤振動控制

解決汽車怠速方向盤振動的有效方式是對發動機的怠速目標轉速進行適當的調整，對不同轉速環境下的方向盤振動進行測試，試驗時，將發動機的轉速控制在750～960r/min 之內，對每個轉速方向盤的振動情況做觀察，通過觀察可了解到，當發動機轉速不超過855r/min 時，方向盤的振動并不大，大于855r/min時，則出現很大的振動，當轉速到達925r/min，方向盤已出現共振現象。因此，為了控制汽車怠速方向盤振動，只要將發動機怠速目標轉速控制在855r/min 以下，就能避免汽車方向盤出現明顯的振動[2]。但是，發動機的轉速若是降低，必然會對汽車的性能造成一定的影響，為了解決這一問題，需要將前進擋的怠速目標轉速控制在850r/min。

通過控制發動機的怠速目標轉速來避免汽車怠速方向盤振動，是一個理想的方法，但是，發動機怠速目標轉速的降低，又會引起其他的問題，因此，最好的辦法就是將其轉速設置為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。

2.2 從傳動系統傳遞路徑入手進行汽車怠速方向盤振動控制

通過傳動系統傳遞路徑進行汽車怠速方向盤振動的控制，是采用驅動軸萬向節來降低發動機所產生的激勵力，原車驅動軸移動節是六球DO 型萬向節的結構，該結構具有很大的阻力，如此大的阻力，不可對發動機所造成的振動進行控制。但是，可通過采用三銷GI 型萬向節來解決這問題，三銷GI 型萬向節的阻力比較小，完全滿足汽車的相關要求。使用GI 型萬向節驅動軸達到降低方向盤振動的效果，駐車擋明顯下降，前進擋的時候有所降低，前進擋可采用驅動軸GI 型的方式，或是降低發動機目標轉速的方式，來保證振動效果，但是，這樣方式卻得不到認可。將這兩種方式相結合進行測試，當最大振動頻率時，振動值下降至0.08g，振動在允許的范圍之內，但是駐車擋時，會影響到汽車的性能，此時又不可調整發動機目標轉速，因此，需要對驅動軸萬向節進行完善，完善之后，振動依然比較大，需要進行進一步的控制工作，才可達到理想的振動氛圍。

采用傳動系統傳遞路徑的方式來控制汽車怠速方向盤振動，主要是采用三銷GI 型萬向節進控制，但是在其他方面還需要進行改進，才可達到理想的振動狀態。

2.3 從轉向系統入手進行汽車怠速方向盤振動控制

轉向柱系統剛度較弱的主要原因是柱筒上軸承、轉向柱這兩者進行安裝時，這兩部位存在面積較大的缺口，由此造成剛度下降。因此，需要在轉向柱優化現有的結構上進行改進。進行模態實驗，可知，若是方向盤的一階垂直彎曲模態頻率處在33.8Hz左右，與原來的狀態相比，明顯提高了很多。經過對駐車擋方向盤的振動進行測試，可知，若是只從轉向柱入手，將其加強，那么，振動峰值就會有所降低，但是，即便是降低之后，振動依然不理想，還是處于偏大的狀態[3]。此時，可將驅動軸節型進行改造，將其改造為GI 型，或是適當加強轉向柱，這兩種方法都可使方向盤振動得到改善。把前進擋發動機怠速目標轉速調低，驅動軸節型設計為GI 型，適當加強轉向柱結構，這三個方法都可將汽車方向盤怠速振動控制在合適的范圍之內。

從系統的角度著手，進行汽車怠速方向盤振動的控制工作，是一個比較理想的方法，對轉向系統模態進行試驗，可找到系統剛度最弱的位置，以此為根據進行系統的優化。

3 結束語

進行汽車怠速方向盤振動控制有利于行車的安全，可從三個角度著手進行控制，使方向盤振動控制在一定的范圍內，對駕駛員不造成影響。

[1]盧曦，周萍，孫躍東等.汽車等速萬向節的現狀與發展[J].機械設計與制造，2011，18(20):158.