某商用車方向盤NVH模態性能仿真優化研究

洪嘉琪

某商用車方向盤NVH模態性能仿真優化研究

洪嘉琪

（江鈴汽車股份有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330001）

方向盤是商用車轉向系統關鍵部件，對整車NVH性能有重要影響，文章針對某商用車方向盤基礎方案和兩個優化方案進行了模態CAE研究，CAE分析結果表明，此商用車優化方案NVH模態性能滿足目標要求。

商用車；方向盤；模態

1 引言

隨著國家經濟高速發展，人民的生活水平日益提高，商用車銷量也得到快速發展，與此同時，人們對于整車NVH品質要求也越來越高。方向盤是駕駛員通過肢體直接接觸的汽車部件，方向盤的振動特性對駕駛員的安全行駛有著直接影響，同時方向盤的振動會直接反饋給駕駛員，如果振動過大，不但會降低整車NVH性能，而且會對汽車的正常行駛，操穩性能和平順性產生重要影響[1-2]。故研究傳動軸NVH模態性能具有重要的價值和意義。

本文研究源于某商用車新開發方向盤系統，需確保其NVH模態性能滿足設計目標要求，通過有限元方法，基于Nastran軟件，對某商用車方向盤基礎方案和優化方案進行了CAE模態分析，CAE分析結果表明此商用車方向盤優化方案NVH模態性能避開了發動機怠速共振頻率，性能滿足目標。

2 方向盤基礎方案CAE模態分析

2.1 模態分析理論

結構系統固有模態頻率及振型是分析結構振動特性基礎，通過模態分析可確定結構的振動特性[3]。

方向盤的振動方程為[3]：

2.2 方向盤有限元模型

本文采用有限元軟件Hyperworks對某商用車方向盤基礎方案進行了建模，網格大小為4mm，方向盤骨架材質為鎂鋁合金，發泡材料為聚氨酯，模型中采用一維Mass單元模擬，帶駕駛室的方向盤基礎方案有限元模型如圖1所示。

圖1 某商用車方向盤基礎方案FEA模型

2.3 方向盤CAE模態分析

本文分析了某商用車方向盤基礎方案傳動軸自由模態，CAE分析結果如圖2所示，一階X向前后擺動模態頻率為40.9Hz，二階Y向橫向擺動模態頻率為32.1Hz，三階Z向振動模態頻率為53Hz，與發動機四階38Hz存在潛在共振風險。

3 方向盤優化方案模態分析

3.1 方向盤優化方案

本文對某商用車方向盤系統進行了優化設計，優化方案opt1骨架為鋁合金材質，優化方案opt2輪緣為鋼材質，輪輻為鋁合金材質，如圖3所示。

圖3 方向盤優化方案

3.2 方向盤優化方案CAE模態分析

本文對某商用車方向盤優化方案opt1進行了自由模態分析，得到如圖4分析結果，一階X向前后擺動模態頻率為40.5Hz，二階Y向橫向擺動模態頻率為30.7Hz，三階Z向振動模態頻率為57.3Hz，改善效果較好。

本文對方向盤優化方案opt2進行了自由模態分析，得到如圖5分析結果，一階X向前后擺動模態頻率為40.3Hz，二階Y向橫向擺動模態頻率為30.6Hz，三階Z向振動模態頻率為57.2Hz，改善效果最好，匯總結果如表1。

表1 方向盤模態分析結果表

3.3 方向盤CAE_IPI分析

本文對方向盤系統三個方案進行了IPI分析，在方向盤12點方向施在1N載荷，在方向盤6點方向觀測響應結果，得到圖6分析結果，由圖可知，Opt2方案振動響應幅值最小，優化效果最好。

4 結論

本文基于NASTRAN有限元仿真分析軟件，對某商用車方向盤基礎方案和兩個優化方案進行了CAE模態和IPI分析，結果表明：

（1）基礎方案一階X向前后擺動模態頻率為40.9Hz，二階Y向橫向擺動模態頻率為32.1Hz，三階Z向振動模態頻率為53Hz，與發動機四階38Hz存在潛在共振風險。

（2）優化方案通過調整方向盤骨架和輪輻材質，模態頻率得到優化，改善效果顯著，此商用車方向盤優化方案NVH模態避開了發動機怠速頻率，滿足設計目標。

[1] 趙榮燦.某SUV高速行駛下方向盤振動分析與減振措施[D]河北:燕山大學,2018.

[2] 徐小劍.基于ABAQUS的汽車方向盤模態仿真與試驗分析[J]上海工程技術大學學報,2019,12(1):12-16.

[3] 王銳,蘇小平.汽車副車架強度模態分析及結構優化[J].機械設計與制造,2014,35(4):46-58.

Simulation and Optimization of Nvh Modal Performance of a Commercial Vehicle Steering Wheel

Hong Jiaqi

( Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )

The steering wheel is a key component of the steering system of commercial vehicles, which has an important impact on the NVH performance of the vehicle. In this paper, the modal CAE research is carried out for the basic scheme and two optimization schemes of the steering wheel of a commercial vehicle. The results of the CAE analysis show that the NVH modal performance of the optimized scheme meets the target requirements.

Commercial vehicle; Steering wheel; Modal performance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.026

U467

B

1671-7988(2021)04-84-03

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1671-7988(2021)04-84-03

洪嘉琪，就職于江鈴汽車股份有限公司產品開發技術中心。