某微型卡車方向盤擺振問題分析及改進

陳開超

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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某微型卡車方向盤擺振問題分析及改進

陳開超

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章針對某微型卡車過顛簸路工況時出現的方向盤左右擺振問題進行了原因排查，最終提供了一種較好的解決方案，為后續其它車型開發提供了一種有效的借鑒思路。

擺振；打手；運動干涉；反跳；平卷耳

CLC NO.:U472.6Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-105-02

引言

轉向系統主要功能是駕駛者通過對方向盤的操縱來控制前輪繞主銷的轉角，進而操縱汽車運動的方向。優秀的系統設計能夠使駕駛者易于控制汽車的運動方向，同時獲得一定的路感，及時獲知路面的信息。如果在某些路況出現方向盤來回擺振打手現象，將使駕駛者控制方向盤變得困難，嚴重的會影響行駛安全，給生命財產安全帶來嚴重的隱患。

1、問題提出

某微型卡車前橋軸荷1.2T，匹配機械循環球轉向器，該車在試驗場進行強化路試驗過程中駕駛員反饋車輛存在方向盤左右擺振現象，且有嚴重的打手現象，方向盤難以控制。

2、故障現象調查與分析

2.1 故障現象調查

選取上述故障車型的基礎車型及一臺競品車型進行調查，兩車型均匹配機械循環球轉向器，前橋及拉桿結構相似。試驗路面與試驗場強化路面接近，由于路面高低不平，車輛通過時前橋存在嚴重顛簸現象。故障車型及兩對比車型驗證情況見表1：

表1 不同車型調查結果

2.2 故障車型整改目標

鑒于基礎設計車型及競品車型調查結果，可判定故障車型在通過顛簸路況時，存在嚴重方向盤擺振現象，且伴隨著打手，基于競品車型整改目標為：方向盤左右擺振角度控制在5°以內，將方向盤打手現象減輕至可接受程度。

2.3 方向盤擺振問題原因分析

該車型僅在顛簸路況出現方向盤擺振，可排除轉向系統模態偏低造成的與發動機怠速頻率耦合。另外針對車輛在通過顛簸路況時，車輪存在反跳的情況，可初步判斷轉向與懸架存在反跳時運動干涉量過大問題。圖1為原狀態轉向與懸架運動干涉校核圖：

圖1 原狀態轉向與懸架運動干涉校核

理論校核：車輪在反跳（板簧處于自由狀態）時，轉向彎臂球銷繞垂臂運動軌跡與隨板簧運動軌跡干涉量達到6.3mm，理論上該干涉量需控制在3.5mm以內方向盤擺振現象會較輕微，不會造成客戶抱怨。

2.4 整改方案

該車型在設計之初未充分考慮顛簸路車輪反跳工況，僅針對空載到超載工況時轉向與懸架的干涉量進行了控制，轉向垂臂與彎臂已開發模具件，如通過更改垂臂與彎臂球銷點位置來減小車輪反跳時轉向與懸架的干涉量，勢必造成現有模具的報廢。

針對該車型，整改措施將從前懸架前卷耳結構及位置進行改進。該車型前板簧前卷耳結構采用上卷耳結構，板簧主片中心的旋轉中心位于前板簧基線（前后卷耳中心連線）上方r/2（r為前卷耳中心到主片中性層距離）；如采用平卷耳結構，板簧主片中心的旋轉中心將位于主片中性層上。該車型整改方案為將前懸架前卷耳中心位置下移 18mm，同時將卷耳結構改進為平卷耳式，經校核該改進方案可有效減小車輪反跳時轉向與懸架的運動干涉量。

圖2及圖3為兩種卷耳結構示意圖：

圖2 上卷耳式

圖3 平卷耳式

理論校核：改進后車輪在反跳（板簧處于自由狀態）時，轉向彎臂球銷繞垂臂運動軌跡與隨板簧運動軌跡干涉量減小到 3mm，同時在板簧上跳到上極限位置干涉量也由 2.6mm減小到1.3mm，干涉量需控制在3.5mm。

下圖4為改進方案的轉向與懸架的運動干涉校核圖：

圖4 改進后轉向與懸架運動干涉校核

3、整改驗證

3.1 靜態測試

由于前懸架吊耳中心位置下移 18mm，前懸架吊耳支架進行相應改進以適應吊耳新狀態位置；同時按照改進后板簧進行結構重新設計并采購樣件。

裝車后，對車輛靜態情況下車輪從反跳狀態（車輪脫離地面）緩慢下降到滿載狀態進行測試，方向盤擺動角度控制在5°以內，達到預期設計目標。

3.2動態測試

試驗場駕駛員針對將整改后故障車輛重新進行了動態評價，在強化路面車輛方向盤擺振現象基本消除，僅有輕微打手現象，方向盤比較容易控制，最終得到駕駛員的認可，該問題得到閉環。

4、結論

故障車型由于在設計之初未充分考慮車輪反跳時轉向與懸架的運動干涉，造成車輛在通過顛簸路面時出現方向盤擺振打手現象；由于該車型前橋彎臂及垂臂球銷硬點位置已布置完畢并開發模具件，如重新布置勢必造成模具的報廢，造成不良的影響，因此針對故障車型的前懸架吊耳支架及卷耳結構進行改進，變動較小，同時有效減小了車輪反跳時轉向與懸架的運動干涉量，并最終通過試驗驗證達到預期設計目標。

該文也提供了一種減小轉向與懸架運動干涉的新途徑，可以為后續車型的開發提供一種新的解決方案。

[1] 王望予.汽車設計.北京:機械工業出版社,2000.

[2] 王霄鋒.汽車底盤設計.北京:清華大學出版社,2010.

[3] 江淮汽車集團研發中心.江淮輕型卡車設計規范.第一版,合肥: 江淮汽車股份有限公司,2006年6月.

A mini truck steering wheel shimmy problem analysis and improvement

Chen Kaichao
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

This paper investigate the reason that the steering wheel of a mini truck swing left and right over the bumpy road condition, finally provides a good solution which can provides an effective reference for the subsequent development of other models.

swing; impact hand; motion interference; bound; flat spring

U472.6

A

1671-7988 (2017)06-105-02

陳開超，就職于江淮汽車技術中心輕型商用車研究院，從事輕卡轉向系統設計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.036