某車型輪轂與制動鼓不平衡量導致轉向盤異常振動問題的分析研究

高 尚 孔祥瑞 郭萬富 巨建輝 高鐵石

（中國第一汽車股份有限公司技術中心）

汽車輪胎、輪轂、制動鼓、發動機和傳動軸等部件產生的力或力矩是汽車的主要激勵源，使汽車一直處于振動狀態，這些振動嚴重影響汽車平順性、操縱穩定性等性能，且由于異常振動常伴隨機械故障而存在一些安全隱患。本文針對實際工作中遇到的轉向盤異常振動問題，通過實例提出了由輪轂和制動鼓總成不平衡量引起的轉向盤異常振動問題的解決方法。

1 轉向盤異常振動分析

某汽車分別以 70 km/h、80 km/h、90 km/h車速在平直公路上勻速行駛，轉向盤存在異常振動的問題。為獲取轉向盤異常振動的強度和頻率特征，在轉向盤12點方向處布置1個三向加速度傳感器，測量轉向盤振動。轉向盤上傳感器布置位置如圖1所示。

圖2 為樣車在車速為70 km/h、80 km/h、90 km/h時轉向盤加速度功率譜密度值和加速度均方根值測量結果。

從圖2的勻速行駛振動數據可以看出，隨著車速上升，轉向盤振動頻率和幅值逐漸增大；轉向盤的主要振動是15 Hz以內的低頻振動。轉向盤Z向功率譜密度在2～3 Hz范圍內的波峰是由于路面激勵使簧上質量共振所致。

2 振源分析

考慮到轉向盤異常振動頻率出現在7～11 Hz范圍,在定置升速過程中轉向盤在此頻段并無明顯振動，因此排除發動機部件激勵的原因。由于振動頻率和幅值隨車速增加逐漸變大，因此重點考察輪轂及制動鼓總成、傳動軸對車體的激勵（該車車輪與輪胎總成已單獨進行過動平衡，滿足設計要求；輪轂及制動鼓總成未檢測過動平衡）。

輪轂及制動鼓總成、傳動軸在生產加工過程中都會經過動平衡檢驗以滿足設計要求,但由于設備精度及操作等因素,部分制件仍存在不平衡量不滿足要求的現象。由輪轂與制動鼓總成、傳動軸不平衡量產生的離心力計算公式為：

式中，mCH為等效不平衡質量；r′為等效不平衡質量的當量旋轉半徑；ω為轉速。

由公式（1）可知，離心力隨轉速增加而增大，其激振力通過車橋、車架直接傳給駕駛室，造成轉向盤受迫振動。

輪轂與制動鼓總成不平衡量激振力頻率為：

式中，v為車速，是經過車速儀校準后測得的車速；r為輪胎滾動半徑。

由公式（2）可知，輪轂與制動鼓總成不平衡量激振力頻率與車速和輪胎的滾動半徑有關，頻率隨車速增加而增大。

傳動軸不平衡量激振力頻率為：

式中，i0為主減速比。

由公式（3）可知，傳動軸不平衡量激振力頻率與車速、輪胎的滾動半徑及主減速比有關，頻率隨車速增加而增大。

表1為圖2中轉向盤振動峰值點對應頻率和理論計算的輪轂與制動鼓總成、傳動軸不平衡量的激振頻率對比。

表1 不同車速的激振頻率對比

由表1可知，不同車速對應的轉向盤振動頻率和計算得出的輪轂與制動鼓總成不平衡量激振頻率非常接近，且從圖2中還可以看出，在共振頻率點7.511 Hz、8.662 Hz、9.651 Hz時轉向盤Z向加速度功率譜密度值非常大，說明振動是從車架傳來，輪轂與制動鼓總成不平衡量的激振是引起轉向盤異常振動的主要原因。

3 解決方法研究

將該車前軸的左、右輪轂帶制動鼓總成拆下，利用動平衡機測量其不平衡量，發現左、右輪轂帶制動鼓總成的不平衡量（表2）均不滿足設計要求，且超差較大。可以看出，該車原裝輪轂帶制動鼓不平衡量較大，在汽車行駛過程中產生的離心力較大，導致振動異常。

通過采用數控機床加工及專用夾具裝配總成,新試制的輪轂帶制動鼓總成不平衡量能夠滿足設計要求（表 2）。

表2 輪轂帶制動鼓總成不平衡量 g/cm

在原車上換裝新試制的輪轂帶制動鼓總成，對整車再次進行主觀評價和振動測量。圖3為調整后樣車在車速為70 km/h、80 km/h、90 km/h時，轉向盤加速度功率譜密度值和加速度均方根值的對比結果。

由圖3可知，調整后樣車的駕駛室轉向盤加速度功率譜密度幅值比調整前幅值明顯降低，轉向盤加速度均方根值也明顯降低，轉向盤異常振動問題得到有效解決，同時汽車平順性得到改善。

4 結束語

本文針對輪轂與制動鼓總成不平衡量引起的轉向盤異常振動問題，提出了可行的解決方法：根據主觀評價初步確定振源；進行有針對性的專項試驗，將測量數據進行頻譜分析，尋找頻譜峰值點對應的頻率；將測量得到的振動頻率和理論計算的振源激振頻率作比較；確定振源后，從產品加工工藝、裝配工藝等方面進行分析，有針對性的進行質量改進、裝車驗證。最終解決了轉向盤異常振動問題，提高了車輛舒適性。

1 何渝生，等.汽車振動學.北京：人民交通出版社.

2 張思.振動測試與分析技術.北京：清華大學出版社.

3 林逸等.汽車 NVH特性研究綜述.汽車工程，2002，24（3）:177～186.

4 余志生.汽車理論.北京：機械工業出版社.1996.