基于模态分析的汽车转向盘怠速抖动优化
转向系统模态对怠速振动的影响
转向系统模态对怠速振动的影响高岩许春铁长安汽车股份有限公司汽车工程研究总院CAE工程所摘要: 在设计前期，应用HyperWorks软件，建立转向系统的有限元模型并进行模态分析，对比发动机怠速转速，使转向系统模态值达到能够与发动机怠速转避频的需求，有效的降低怠速振动，提高整车的NVH性能。
关键词: HyperWorks，转向系统，怠速振动，NVH1 引言近年来，随着客户对汽车节能、环保的要求不断的提高，汽车的NVH性能逐渐成为汽车研发过程中关注的重点。
而怠速振动是整车NVH性能中非常重要的组成部分，也是汽车用户对汽车品质最敏感的主观感受，所以，高品质的汽车一定具有高品质的怠速振动特性，必须在设计过程中予以重点考虑。
在以往的怠速振动性能开发中，往往都是样车开发后期，采用试验手段对关键子系统进行调校，来控制发动机怠速附近的振动。
但是由于此时很多设计基本已经冻结，无法做大的调整，导致达不到好的效果，而随着CAE技术的不断提升，在设计前期，就可以通过虚拟样机的方法，对整车的怠速特性进行模拟，验证并优化相关子系统，达到设计标准。
影响整车怠速振动特性的主要因素有悬置系统的布置及刚度选择、转向系统的固有频率、白车身的模态以及怠速的激振频率范围。
在本文，将重点讨论转向系统固有频率以及怠速激振的频率范围对怠速振动的影响。
2 基础分析2.1 有限元模型的截取利用HyperMesh建立转向系统、白车身有限元模型：截取白车身前端有限元模型，车身采用shell单元进行网格划分、焊点采用CWELD单元进行模拟、粘胶采用实体单元进行模拟。
如图1所示：图1 转向系统有限元模型2.2基础模态分析约束车身截取面123自由度，对转向系统进行模态分析，分析结果为31.8HZ。
图2 转向系统垂向模态3 分析评价3.1 分析评价发动机怠速转速，开空调状态950n，通过计算发动机怠速激励频率与转向系统模态接近，发生共振。
怠速振动计算值过高。
3.2 优化分析1、Altair的OptiStruct模块进行料厚优化寻找转向系统的薄弱环节。
某商用车怠速方向盘振动优化
10.16638/ki.1671-7988.2018.10.010某商用车怠速方向盘振动优化涂晴1,2，邓磊1,2，夏林林1,2，陈东1,2，靖娟3（1.江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心，江西南昌330052；2.江西省汽车噪声与振动重点实验室，江西南昌330052；3.江西制造职业技术学院，江西南昌330052）摘要：某商用车关空调工况时怠速方向盘的振动影响了该车的舒适性。
文章利用振动传递路径和频响测试方法准确判断出了导致方向盘振动的具体原因，并应用有限元方法快速寻找到了降低方向盘振动的最佳优化方案。
实车测试结果表明优化后的方向盘振动明显改善，主观评价达到设定目标，验证了优化方案的有效性。
关键词：方向盘；怠速振动；优化；有限元分析中图分类号：U461.4文献标识码：B文章编号：1671-7988(2018)10-31-04Optimization of Steering Wheel Vibration of a commercial Car under Idle Condition Tu Qing1,2, Deng Lei1,2, Xia Linlin1,2, Chen Dong1,2, Jing Juan3( 1.Product Development and Technology Center, Jiangling Motors Co. Ltd., Jiangxi Nanchang 330052;2.Jiangxi Key Laboratory of Vehicle NVH, Jiangxi Nanchang 330052;3.Jiangxi Manufacturing V ocational and Technical College, Jiangxi Nanchang 330052）Abstract: The vibration of the steering wheel significantly affects the commercial vehicle comfort. In the present work, the transfer path analysis (TPA) and the frequency response test method were utilized to identify the cause of the steering wheel's vibration under the idling operation of a commercial vehicle engine. The best optimization scheme to reduce the steering wheel’s vibration was obtained by the method of the finite element analysis efficiently. The actual results show that the optimization scheme show could improve the vibration of steering wheel obviously. The effectiveness of the scheme has been verified.Keywords: steering wheel; idle vibration; optimization; FEACLC NO.: U461.4 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)10-31-04前言怠速工况下方向盘振动是汽车NVH性能（噪声、振动、声振粗糙度）重要评价指标之一，整车研发过程中需要优先考虑。
汽车方向盘怠速共振的模态优化及分析
汽车方向盘怠速共振的模态优化及分析作者：邓晓红付勇智来源：《科技创新与应用》2014年第24期摘要：文章分析了影响方向盘怠速共振的因素，从人体工程学结论与发动机的激振频率得出了方向盘最低固有频率，利用有限元方法针对某车型方向盘怠速抖动问题，计算了方向盘优化前后的模态频率。
解决方向盘怠速抖动问题。
关键词：方向盘；怠速振动；转向系统；人体工程方向盘作为用户与汽车直接接触的部件，其在安全性、舒适性等方面影响着用户对汽车整体性能的评价，应用有限元方法在产品设计阶段分析计算车型方向盘的模态频率，避免方向盘的怠速共振，进而达到提高NVH（noise 噪声，vibration震动，harshness平稳舒适性）性能和减轻系统重量、及安全性的目。
1 方向盘的怠速共振及强度汽车方向盘作为转向系统中的操作部件，避免怠速时方向盘共振引起的方向盘抖动，是汽车方向盘设计的重要目标。
方向盘震动直接影响驾驶员的心情，进而会危及驾驶安全，人体工程学理论认为人体主要部位的共振频率为：头部为8～12Hz，眼球为2～3Hz，内脏为4～6Hz，肢体为10～12Hz；因此，低频共振很容易使乘员产生疲劳，影响乘车与驾驶安全。
怠速振动主要是由发动机怠速工况下的二阶往复惯性力激励产生，其频率与车辆搭载的发动机汽缸数和怠速转速有关。
四缸发动机的激振频率一般为20～35Hz，六缸一般为30～37.5Hz。
上述数据说明，为避免方向盘的怠速共振，转向系统中方向盘的上下、左右振型的振动频率最好高于发动机的激振频率。
2 方向盘模态频率的主要影响因素汽车车身抖动都会传递给方向盘，运动部件及路面的不平衡都是引起车身抖动的激励源：（1）冷却风扇的不平衡力；（2）排气系统的激励力；（3）发动机的不平衡力、弯矩和转矩引起的激励力；（4）轮胎的阶次力；（5）传动系统不平衡力等。
现代汽车设计，整车设计与零部件设计是分别完成的，整车制造是依据整车性能要求选配零部件，当样车试制出来以后，一旦发现方向盘抖动问题时，由于受到其他性能的限制，往往不会更改诸如发动机转速、冷却风扇的转动频率、排气系统的模态频率等，而是选择优化方向盘的结构来克服方向盘的抖动。
乘用车转向系统怠速振动问题解决方法探讨之模态分离_百度.
乘用车转向系统怠速振动问题解决方法探讨之模态分离杨二卫，刘峰，赵春（奇瑞汽车股份有限公司，试验技术中心，安徽芜湖 241009）摘要：本篇从整车NVH 试验开发的角度出发，结合某车型试验开发过程中转向系统怠速振动问题解决的工程实例介绍了引起怠速抖动问题的原因及其解决方法，并重点介绍了如何通过对方向盘、转向柱、仪表台横梁等部件及其之间连接刚度的调整实现转向系统一阶模态频率与发动机点火激励频率的模态分离来降低转向系统振动水平。
通过试验调教，不仅解决了问题，而且能够给汽车设计工程师和NVH 开发工程师以后的工作提供一定参考。
关键词：NVH 乘用车转向系统怠速振动模态分离0引言转向系统怠速振动特性作为乘用车整车NVH 性能主观评价的14项指标之一，其振动水平可以通过手指直接的触摸来评价，且近年来越来越受到消费者的关注，因此也成为新产品开发中的一个重要研究课题。
当前，国外整车制造商对乘用车转向系统怠速振动水平控制的技术已经比较成熟，而且还在不断发展，日本丰田公司做的尤为突出。
而我国自主品牌乘用车转向系统怠速振动水平则普遍的不容乐观。
本篇从整车NVH 试验开发的角度出发，结合某车型开发的工程实例，介绍的引起转向系统怠速振动问题的原因及其解决方法，以期能够帮助汽车设计工程师、NVH 开发工程师优化结构设计。
1 转向系统振动及其模态1.1 振动源怠速工况下，转向系统所受到的激励源主要是曲轴旋转产生的二阶往复惯性力，其频率与车辆搭载的发动机的转速和汽缸数有关。
以一般乘用车搭载的四缸汽油机为例，通常情况下，其由冷机到热机、有/无负载转速范围为700rpm-1000rpm ，则激励的频率范围约为20Hz~35Hz。
除此之外，发动机怠速运转工况下其它附件运转也会成为振动源，例如：冷却风扇、空调鼓风机等。
1.2 转向系统的振动模态我们重点关注的转向系统模态包括：一阶垂向模态、一阶侧向模态和方向盘模态。
其中，一阶垂向模态最为重要，其典型的共振频率为20Hz~35Hz之间。
基于传递路径分析的怠速工况下转向盘振动路径识别及改进
因 激 励 力 大 和 灵 敏 度 高 引 起 的 贡献 量 大 ， 致 转 向 盘 振 动 。经 改进 后悬 置横 梁 ， 向盘 垂 向 振 动 明显 减 小 ． 得 了 良 导 转 取
好 的 减 振 效 果
主题 词 ： 向盘 转
振动
传 递 路径 分析
贡 献量 分析
中 图分类 号 ：４ ３４ 文 献标 识码 ： 文章 编号 ：００ ３０ （０ １０ — ０５ ０ Ｕ ６． ６ Ａ １０ — ７ ３２ １ ）４ ０ １— ３
驾驶 员带 来较 大影 响 为 了解 决此 问题 ．采 用传 递
路 径 分 析 （ ｒｎｆｒＰ ｔ ｎ ｌｓ ．Ｐ 方 法 对 转 向 Ｔａ ｓ ａｈＡ ａ ｉ Ｔ Ａ） ｅ ｙｓ
２ 传 递 路 径 分 析基 本 原 理
在 研 究 汽 车 振 动 与 噪 声 问题 时 ．可将 整 车 用
盘垂 向振 动进 行分 析 ．建立 描 述某 车实 际怠 速工 况 结构 振动 的传 递路 径分 析模 型 ，并 对分 析模 型各 路
径贡 献进 行 了合成 ，验证该 模 型 的可靠 性 。基 于验
“ 源一 路径 一 接受 体 ” 表示 ． 过 计 算 每个 源 通 过 来 通
各 条路 径施 加 到接受 体 上的 响应 ，将这 些 响应叠 加
ｓ ｎ ｉ ｖｔ ｆ ｅ ｒｅ ｇｎ ｕ ｔ Ａｆ ｒ ｔ ｅ ｂ ａ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒ ａ ｕ ｔｉ ｍｏ ｉ ｅ ， ｖ ｒ ｃ ｌ ｉ ｒ ｔ ｎ ｏ ｔｅ ｎ ｈ ｅ ｓ ｅ ｓｔ ｉ ｏ ａ ｎ ｉ ｅ ｍｏ ｎ ． ｔ ｅ ｍ ｆｅ ｇｎ ｅ ｒｍｏ ｎ ｓ ｉ ｙ ｒ ｅ ｈ ｄｆ ｄ ｉ ｅ ｔ ａ ｂ ａ ｉ ｆｓｅ ｒ ｇ ｗ ｅ ｌｉ ｉ ｖ ｏ ｉ ｒ ｄ ｃ ｄ ａ ｐ ｒ ｎ ｌ ， ｎ ｅｔ ｒｄ ｍｐ ｎ ｆ ｃ ｓａ ｑ ｉｅ ． ｅ ｕ ｅ ｐ ａ ｅ ｔ ａ ｄ ｂ ｔ ａ ｉ ｇ ｅｆ ｔ ｃ ｕｒ ｄ ｙ ｅ ｅ ｉ
基于模态分析的汽车转向盘怠速抖动优化
基于模态分析的汽车转向盘怠速抖动优化谯万成;张铭成;刘旌扬【摘要】针对某轿车怠速开空调转向盘抖动的问题,对转向盘和排气系统模态进行分析,发现该车转向盘和排气系统在约束条件下的模态参数与发动机的2阶点火频率相一致.调整了其转向盘和排气系统的模态,并针对优化后转向盘进行了振动试验.结果表明,转向盘X方向的振动由0.90 m/s2降为0.31 m/s2,Y方向的振动由1.05 m/s2降为0.28 m/s2,Z方向的振动由1.62 m/s2降为0.45 m/s2,怠速抖动得到明显改善.%In this paper, to solve the problem of steering wheel shaking when the car is idling and the air conditioner is on, analysis is made to the modal of the steering wheel and exhaust system. It is observed that under restraint conditions, modal parameter of the steering wheel and exhaust system are identical with the engine's 2-order ignition frequency. The modal of steering wheel and exhaust system is adjusted, and vibration test is made to the optimized steering wheel. The results show that vibration of the steering wheel along direction X is reduced from 0.90 m/s2 to 0.31m/s2, vibration along direction Y is reduced from 1.05 m/s2 to 0.28 m/s2 and that along direction Z is also reduced from 1.62 m/s2 to 0.45 m/s2, shaking during engine idling is improved obviously.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2011(000)011【总页数】4页(P27-30)【关键词】转向盘;怠速抖动;模态分析【作者】谯万成;张铭成;刘旌扬【作者单位】一汽海马汽车有限公司;一汽海马汽车有限公司;一汽海马汽车有限公司【正文语种】中文【中图分类】U463.4目前各汽车厂商对轿车NVH性能非常重视，纷纷加大了对NVH的研究力度。
基于模态试验和有限元模态分析的转向盘怠速抖动改进
基于模态试验和有限元模态分析的转向盘怠速抖动改进随着汽车的普及和发展，驾驶的舒适度越来越成为人们购买汽车的一项重要考量标准。
汽车的转向盘在汽车行驶过程中起着至关重要的作用，是驾驶员与汽车之间的重要连接。
而在开车过程中，一些驾驶员可能会遇到转向盘怠速抖动的问题，这种问题不仅影响了驾驶的安全性，还会给驾驶员带来不适感。
因此，需要对转向盘怠速抖动进行改进。
模态试验和有限元模态分析是一种较为常用的结构分析方法，可以用于对各种结构部件进行分析和评估。
对于转向盘怠速抖动的改进，可以通过模态试验和有限元模态分析来提高转向盘的结构稳定性和抗震性。
首先，进行转向盘的模态试验。
在试验过程中，需要对转向盘进行悬挂，并用仪器测量力和位移。
通过试验数据的分析，可以得到转向盘的固有频率和振型，进而判断转向盘的结构稳定性和存在的问题。
其次，进行有限元模态分析。
有限元模态分析是一种基于数值分析的方法，可以模拟结构在不同的载荷条件下的响应特性。
通过有限元模态分析，可以对转向盘进行模拟分析，并通过分析结果来推断结构的响应状态和关键部位的变形情况。
在分析的过程中，需要对转向盘的结构进行细致地分析，找出存在的问题。
比如，是否存在关键部位变形，是否存在松动、磨损或损坏等问题。
通过对这些问题的识别和分析，以及设计优化，可以提高转向盘的结构稳定性和抗震性。
最后，根据分析的结果，对转向盘进行改进。
改进的方向主要包括两个方面。
一方面，可以考虑采用更好的材料，提高转向盘的韧性和耐磨性；另一方面，可以设计更合理的结构，如加强关键部位的支撑等。
综上所述，对转向盘怠速抖动进行改进，需要以模态试验和有限元模态分析为基础，通过分析结果来识别转向盘存在的问题，并对其进行改进。
通过这种方式，可以提高转向盘的结构稳定性和抗震性，让驾驶员享受更加安全和舒适的驾驶体验。
在进行转向盘的改进时，还需要考虑一些其他的因素。
首先，需要对转向系统进行全面的检查，以便找出导致怠速抖动的具体原因。
汽车转向抖动问题的改进方法
根据公式（1）为 Pjtot 为系统振动总响应， Pji 为激励点到响应点的传递函数（FRF）， Fi 为激励源载荷 [1]。
因此找到主要路径才能快速解决问题， 直接找到引起抖动的根源。
2.2 TPA 贡献量分析 发动机激励共 9 个分量，每个分量到方向 盘 X 或 Z 向共 9 条路径，如图 1 所示。影响 方向盘 X 向主要由发动机 Z 向贡献最大，如 图 1-（a）所示。而对应的发动机 Z 向到方向
关键词：方向盘抖动 TPA 对标优化
Improvement Method of Automobile Steering Jitter
Li Jingfu Wang Jixiang E Shiguo
A b s t r a c t ： This paper, according to the car acceleration test, finds that the car has a jitter phenomenon under a certain number of rotations. After searching through the path diameter, the paper finds out the problem of the response transmission path from the engine Z to the steering wheel, and finds the source of the problem. Based on simulation and experiment, the post-subject model is improved, and finally the steering jitter problem is significantly improved.
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基于模态分析的汽车转向盘怠速抖动优化
汽车转向盘怠速抖动是许多车主普遍遇到的问题，它不仅对驾驶体验造成负面影响，还可能危及行车安全。
因此，进行优化是很有必要的。
本文基于模态分析方法，结合Vibration Analysis （VA）技术，对汽车转向盘怠速抖动进行优化。
首先，通过模态分析方法确定转向盘的自然频率和振动模态。
模态分析是通过振动模态和频率分析来研究结构振动特性的一种方法。
在模态分析过程中，需要通过振动试验来获取结构的振动响应，再通过算法处理得到结构的振动模态和自然频率。
接着，使用VA技术对转向盘进行振动测试。
VA是一种基于
频域分析的测试方法，主要用于检测结构的振动响应。
在VA
测试中，需要将传感器粘贴在车辆上，通过分析传感器传回的振动信号，得到转向盘在不同转速下的振动信号时序图。
这些数据可以用于分析结构振动的振幅、频率和相位。
通过以上测试和分析，我们可以得到转向盘的振动频率和振幅，进而确定转向盘的振动模态。
将这些数据与模态分析数据进行对比，我们可以初步判断是否存在共振现象，并得到转向盘的自然频率。
接下来，通过在CAD软件中对转向盘进行优化设计。
采用高
精度三维建模技术，并结合CFD分析（计算流体力学）和有
限元分析方法，优化转向盘的结构设计。
在改进过程中，需要对传统设计进行充分评估，提出改进方案，例如改变转向盘材料、形状或尺寸等。
最后，在试制好改进过的转向盘后，再次进行VA测试，验证优化效果。
若存在振动幅值降低或自然频率远离激励频率等现象，表明改进方案取得了成功，转向盘的怠速抖动得到了有效缓解。
综上所述，汽车转向盘怠速抖动是许多车主普遍遇到的问题，而基于模态分析和VA技术的汽车转向盘怠速抖动优化方案能够提高驾驶体验，保障行车安全。
汽车制造商应该积极采用这种技术方法，以改善汽车品质和用户体验。
除了以上所述的方法，还有一些其他的措施可以对汽车转向盘怠速抖动进行优化。
首先，可以考虑通过调整发动机的喷油量和时间来调整汽车怠速。
通过ECU（Engine Control Unit）的调整，可以让发动机
运行得更加平稳，从而缓解转向盘的抖动问题。
此方法相对较为简单，且不会对汽车其他部件产生影响，但也需要注意喷油量的调整不应过大，以免影响油耗和发动机寿命。
另外，调整轮胎气压也可以有效缓解转向盘的抖动。
过低或过高的轮胎气压会导致轮胎变形，进而产生振动。
因此，应当根据汽车所在地的气候和路况，以及轮胎的规格和品牌等因素来合理调整气压。
此方法对驾驶体验和油耗都有一定的影响，但也是较为简单的优化方法之一。
除了以上的优化方法，汽车制造商也在不断进行技术创新，使用更高端的技术和材料来优化汽车性能。
例如，一些汽车生产商会选择使用电动助力转向系统，该系统能够通过电子程序感
知车速、转向角度、转动速度等因素，智能调整助力力度，使车辆的转向更加平稳自然，进而缓解转向盘的抖动。
此方法需要更高的技术和投入成本，但对驾驶体验和汽车性能提升更为显著。
综上所述，优化汽车转向盘怠速抖动不仅需要技术的支持，还需要从多个方面综合考虑，包括调整汽车组件、改进轮胎气压、调整发动机等措施。
随着技术不断进步和创新，我们相信未来汽车转向盘抖动问题会得到更好地解决，为广大车主提供更加安全、顺畅的驾驶体验。
在实际的驾驶过程中，汽车转向盘怠速抖动可能会带来不少困扰和安全隐患。
为此，我们可以采取以下的措施对其进行优化。
首先，对于汽车缺少保养或使用寿命已过的部件，需要及时更换或修理。
例如，转向系统的各个部件、油品、滤清器等都需要定期检查和更换。
这样可以使转向系统运行更加平稳，并避免因部件老化、损坏而导致的转向盘抖动。
其次，对于轮胎的选择和保养也有很大影响。
有些汽车轮胎本身就存在质量问题，例如不均匀磨损、重量不均等，需要及时更换。
同时，在使用时，保持轮胎气压稳定、合理，及时进行轮胎擦拭和反转，都可以减少转向盘抖动。
第三，我们需要更加注意开车技巧和习惯，尤其是在怠速行驶过程中。
准确地说，怠速行驶并不是汽车的稳定条件，若驾驶员长时间踩住刹车或空挡行驶可能会导致“动平衡不良”，从而产生不平稳的车身摇晃。
因此，我们应当适时松掉制动、放入
档位，保持驾驶规范和驾驶经验的积累，使转向盘怠速抖动的可能性降到最低。
最后，我们可以通过调整汽车的参数和使用一些特定工具实现转向盘怠速抖动的优化。
例如，通过调整发动机的进气量、燃油喷射量、火花塞点火角度等参数，可以使发动机更加优化的运转，并缓解车身的摇晃感。
如果条件允许的话，我们可以使用专门的调试仪器，对车辆的转向角跟踪、转向系统稳定性、轮胎平衡度等细节进行深入的调整和优化，从而从基础上杜绝转向盘噪音和抖动。
总之，如何优化汽车转向盘怠速抖动问题并没有一种通用的方法，需要从车辆组成部分、驾驶习惯、技术水平等方面入手，并通过不断的调试实验来不断优化汽车性能。
希望这些措施能够帮助车主解决转向盘抖动的困扰，提高驾驶的安全和舒适感。