基于整車對方向盤進行Nibble分析

沈亮，方濱

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052）

前言

近年來，隨著我國經濟總量的不斷增長，汽車保有量在逐漸增多，汽車將變得越來越普及，消費者也越來越重視汽車的品質和安全。其中方向盤角振動是普通汽車最常見的振動問題，甚至會影響駕駛員的舒適性和行車安全[1-2]。當汽車在高速公路上以車速100到120 km/h之間行使時，方向盤會產生繞管柱軸線振動（持續來回擺轉，俗稱nibble）；嚴重時，手如果握不住方向盤，則會有極大的安全隱患。本文就這種常見的方向盤角振動問題進行各種影響因素的分析和總結。

1 EPS對于Nibble的抑制

雖然現在乘用車有標配EPS（電動助力）的趨勢，而且比較高端的EPS含有ANC (Active Nibble Compensation)功能，可以有效地抑制Nibble，如圖1所示；但大多數車還是用液壓助力或普通EPS（不帶ANC 功能）， 無法通過電動助力轉向器對Nibble進行有效的抑制。

2 影響Nibble的其他因素

一般來說，對于新車的開發，當Nibble問題被識別時，車輛底盤件都基本上已經定型，CAE模型也已經搭建完成，并可以系統的從理論到實車來分析Nibble現象。其中導致產生nibble的影響因素有很多，本文通過用統計學的方式來排查Nibble的主要因素。歸納如下：

圖1 EPS對于Nibble的抑制

2.1 轉向系統對Nibble的影響分析

傳統液壓轉向器的阻尼，包括機械摩擦力和液壓阻尼。1）、隨著機械摩擦力的增加，對Nibble的抑制作用也會逐漸增大（如圖2所示）。但這也會導致轉向器磨損加劇，使得轉向回正性下降。2）、隨著轉向器液壓阻尼的增大，對Nibble也有抑制效果（如圖3所示），但如果阻尼過大，則會帶來轉向器的噪音和振動（小角度打方向盤時，較為明顯）。圖中數據為實車駕評主觀評分數據匯總。

圖2 機械阻力對于Nibble的影響

圖3 液壓阻尼對于 Nibble的影響

圖4 懸架參數對于Nibble的影響經驗公式

2.2 懸架系統對Nibble的影響分析

懸架的主銷內傾角（Kingpin Inclination Angle）、后傾角（Caster Angle）、磨胎半徑（Scrub Radius）、主銷偏置距（Kingpin Offset）等幾何參數對Nibble都有一定的影響，很多文獻也介紹過。圖4展示了經驗公式(經過大量CAE仿真得出一個綜合考慮上述懸架幾何參數影響)，一般對于 SUV來說， 建議w≤8。W也不可很小，主要是還要受限于發動機和懸架的布置等約束。

2.3 車輪系統對Nibble的影響分析

輪胎的力學特性對Nibble也有重要影響。一般來說，輪胎的不平衡可以直接用輪胎總成的靜偶平衡（單面和雙面平衡）指標來衡量，但這些都是輪胎在低轉速下測試的。現在大量汽車在100km/h小時以上出現方向盤抖動，輪胎的靜偶平衡已經不能很好的反映出輪胎高速均一性指標。本文推薦兩個輪胎力學特性T1H（輪胎切向力一次諧波）和R1H（輪胎徑向力一次諧波）對Nibble的影響分析，如圖5、圖6所示。

圖5 TIH對于Nibble的影響

圖6 RIH對于Nibble的影響

從圖5、圖6中可以看到T1H對Nibble 的影響比R1H大，圖5、圖6中輪胎力學特性T1H，R1H的單位為磅（1磅＝0.454公斤）。

3 結論

本文主要針對國內汽車普遍會存在的方向盤角振動（Nibble）問題，對Nibble的主要影響因素作了一些分析，歸納起來，主要有以下幾點：1）轉向系統對 Nibble來說是起的類似濾波（共振、抑制、衰減等）作用。2）懸架系統對Nibble的影響是放大和縮小的作用。3）輪胎和輪輞就是Nibble的激勵源，如果輪胎的動平衡或T1H較大，Nibble會非常明顯。當然影響Nibble還有其它因子，比如減震器阻尼，襯套剛度，懸架的模態（在10HZ-20HZ之間），動力總成振動等。這為以后分析同類似問題提供一個可以參考的方向。

參考文獻

[1] 陳書明.轉向系統 NVH 研究綜述.汽車工程學報,Vol 1,No5,Nov.2011:429-441.

[2] 龐劍.汽車噪聲與振動[M].北京:北京理工大學出版社,2006.