轎車轉向系統抖振分析和結構優化研究

高海欽

摘 要：近年來，隨著汽車工業的快速發展，人們對汽車駕駛的舒適性提出了更高的要求。而轎車轉向系統抖振現象的產生在一定程度上影響了車輛的舒適性。因此，對轎車轉向系統抖振現象及其原因展開了分析，并提出了相應的結構優化策略，以期為相關人員提供參考。

關鍵詞：轎車；轉向系統；抖振現象；結構優化

中圖分類號：U463.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.082

一直以來，汽車生產商致力于轎車振動噪聲問題的研究。這是因為振動噪聲不僅會影響車輛駕駛的舒適性，還容易導致車輛耐久性降低，繼而不利于車輛的安全行駛。而轎車轉向系統抖振問題是這方面的突出問題，值得相關人員展開進一步的研究。

1 轎車轉向系統抖振分析

1.1 轉向系統抖振現象

轎車的轉向系統由轉向傳動機構、轉向操縱機構和轉向器構成，而轉向操縱機構則由轉向盤、轉向管柱和轉動軸構成。所謂“轉向系統抖振”，其實就是車輛在制動或怠速運行過程中，轉向盤、制動踏板和車身底板發生劇烈抖動的現象。就目前來看，轎車轉向盤抖振是最為常見的一種轉向系統振動方式，它主要分為轉向盤制動抖振和轉向盤怠速抖振兩種。轎車在一定車速范圍內制動時，轉向盤、制動踏板、座椅和車身底板發生劇烈抖動的現象被稱作“制動抖振”。因此，制動抖振是一種被迫發生的振動，按照具體的振動現象可以將其劃分成冷抖動、熱抖動和抖動噪聲。而怠速抖振是轎車轉向盤在怠速情況下發生的一種抖動現象，怠速抖振的發生不僅會引發轉向盤振動，還會引發其他零件振動。在實際中，轉向系統抖振現象的發生雖然不會引發駕駛員安全風險，但是會影響駕駛員通過轉向盤感知汽車和道路狀態。在轉向盤振動超過人類感知振動的閾值時，駕駛員會感到不適，不利于車輛的安全行駛。此外，轉向系統不停地抖動還會加速系統零件的損壞，繼而使車輛運行的可靠性降低。

1.2 轉向系統抖振原因

分析轉向系統抖振的原因可以發現，引起轉向盤制動抖振的原因有多個，比如制動盤厚度變化、制動盤斷面跳動等。首先，在汽車制動的過程中，制動盤在圓周方向上的厚度會發生一定的變化，從而導致有效制動力半徑變化，最終引起制動力矩和制動壓力波動。而制動盤厚度的變化與加工制造精度不高、長期使用磨損和溫度過高導致的制動盤翹曲有一定的關系。其次，制動盤斷面的跳動將導致制動盤出現側偏等變化，從而引起制動盤厚度變化，繼而導致轉向盤抖振。而這一問題的出現與制造誤差、安裝誤差和外力作用有關。此外，分析轉向盤怠速抖振的原因可以發現，轉向系統共振、阻尼較小和發動機不平衡是導致該現象出現的主要原因。在轎車怠速行駛的過程中，如果發動機點火頻率與轉向系統固有頻率接近，轉向盤振動幅度就會很大。

2 轎車轉向系統結構優化策略

2.1 制動系統的設計優化

要想解決轉向系統抖振問題，就要避免制動系統各元件形狀、材料及各元件間的相互匹配度對轉向系統造成影響。因此，在設計時應該盡量減少組裝環節，從設計上減少制動抖振發生。同時，為了避免制動盤因溫度過高產生熱變形，還要在設計時采取措施提高制動盤的抗翹曲特性。而為了減少制動盤產生的非制動磨損，也可以進行分泵封圈和浮動鉗結構的優化。此外，為降低轉向系統對制動盤厚薄差的敏感度，還要合理設計轉向子系統、制動器子系統等。

2.2 制動盤加裝結構的優化

為了消除制動盤的熱應力，有效控制制動盤厚薄差及斷面跳動，需要在加工和裝配制動盤時使用均一性較高的材料，并且盡量降低裝配誤差。在這一過程中，不僅需要確保零部件質量合格，還要確保裝配質量，從而避免斷面跳動超標。而在裝配的過程中，需要盡量減少各部件間隙中的異物。完成裝配后，需要對裝配狀態下轎車左右兩側制動盤的斷面跳動和厚薄差進行檢測，最后根據檢測情況更換某些元件。

2.3 轉向系統的設計優化

考慮到轉向系統怠速抖振的原因，需要通過優化轉向系統的設計避免轉向盤與車身共振。而就目前來看，要想實現這一目標，可以采取隔振、減振和避振等手段。具體來講，就是通過使用動力吸振器、優化轉向系統結構剛度、降低發動機怠速轉速、減輕轉向盤質量和匹配安裝動力總成等方式實現轉向系統的設計優化。相對而言，轉向盤質量、發動機型號和動力總成難以改變，因此，還需要提升轉向管支架的剛度，從而提高轉向系統的固有頻率。

3 結論

總而言之，對于轎車轉向系統抖振問題，除了做好轉向系統抖振現象的觀察和分類外，還要做好抖振現象的原因的分析，從而尋求相應的對策。而從本文的研究來看，優化制動系統和轉向系統的結構設計，并且優化制動盤加裝結構，能夠較好地控制轉向系統的振動，繼而提升轎車駕駛的舒適性和車輛的耐久性。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕