车辆转向系统振动特性的试验分析
转向系统模态分析方法
转向系统模态分析方法1.概述1.1模态分析简介模态分析亦即自由振动分析，是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
模态参数可以由计算或实验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
1.2转向系统模态分析目的模态分析的最终目的是识别出系统的模态参数，为系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报、结构动力特性的优化设计提供依据。
模态分析应用可归纳为：●评价现有结构系统的动态特性。
●在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计。
●诊断及预报结构系统的故障。
●控制结构的辐射噪声。
●识别结构系统的载荷。
汽车在行驶过程中，外界激励振源会引起转向系统产生共振，带来噪音，极大地降低了车辆的乘坐舒适性，造成板件的抖动开裂，零部件的疲劳损坏，转向系统表面保护层的破坏，削弱转向系统的抗腐蚀能力等。
因此，为提高汽车产品的开发设计水平，达到优化设计的目标，需要对汽车转向系统进行模态分析，通过有限元计算来得到该结构在不同频率下的振型，避免因共振等原因引起的结构破坏。
1.3模态分析的相关物理理论模态求解根据弹性力学有限元法，经分析的车身结构的运动微分方程为：[M]{ä(t)}+[C]{ȧ(t)}+[K]{a(t)}={F(t)}（1）式中，[M]，[C]，[K]分别为系统的质量矩阵，阻尼矩阵和刚度矩阵；{a(t)}，ȧ(t)，ä(t)分别为系统的位移列向量、速度列向量和加速度列向量，{F(t)}为系统的载荷列向量。
若无外力作用，即系统自由振动，有{F(t)}={0}；在求解车身结构自由振动的固有频率和振型时，阻尼对它们影响不大，因此，阻尼项可以略去，这时无阻尼自由振动的运动方程为：[M]{ä(t)}+[K]{a(t)}={0}（2）其对应的特征方程为：([K]−ω2[M]){a(t)} ={0}（3）（3）式中，ω为系统的固有频率。
第七章 汽车前轴和转向轮系统的震动
) 0.95
代人式(7—12)，得
I z S cS be
0
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由于 很小，
e
( K v ) ln 20S
K 1 ln 20S v
K ln 20)S b 0 v .
I z S 2 (c b
..
与此相对应可写成
K 系统中总阻尼系数用 代替 ，a c b ln 20 v
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阻力F与位移的 波形图和示功图
振幅与力幅相同时，不同 相位差φ 和输入系统能量 的关系 图7-7
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由图中可见，不同相位差 时 F x 所形成的 面积，即所产生的能量是不同的，当相位差为 90时输入能量最大，此能量的输入形成了 系统的负阻尼，为了在数学上说明这一现象，可 将前轮简化成为单自由度摆振系统，其振动方程 为
2.系统振动频率与激振频率 一致，摆振明显发生在共振区， 而共振车速范围很窄
无需有持续周期作用的激 励，只要有偶然的单次性 激励
系统振动频率接近系统绕主销 振动的固有频率，与车轮速度 (相当于激励频率)不一致，发 生振动车速范围较宽 其激振力是伴随振动体的运动 而产生，振动体运动停止，激 振力消失
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式中
I k为车轮绕自转轴的转动惯量。
d M T I k k dt
(7-8)
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图 7-4
汽车前轮的陀螺效应
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陀螺力矩方向可用图7-4中左手法则决定， 当行驶中车轮遇到一个凸起障碍时，车轮平面产 生( d dt )角速度，则会激发陀螺力矩：
v d MT Ik R dt
(7-9)
L[b(t )] b(S)e S
.. .
式(7—10)如考虑到弹性恢复力矩滞后的情况， 则改写为
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。
汽车振动特性实验报告
汽车振动特性实验报告1. 引言汽车振动特性是指汽车在行驶过程中，由于路面不平整、发动机运转、车辆结构等原因所产生的振动现象。
一个良好的汽车振动特性对于乘坐舒适性、车辆稳定性和寿命都至关重要。
本实验旨在通过模拟汽车行驶过程，并对振动信号进行采集和分析，来研究汽车振动特性。
2. 实验目的1. 了解汽车振动特性的影响因素；2. 掌握汽车振动信号的采集和分析方法；3. 分析不同路况对汽车振动特性的影响。
3. 实验装置实验所需装置包括：1. 汽车模型2. 动力学测试系统3. 数据采集设备4. 计算机及相关软件4. 实验步骤4.1 汽车模型准备将汽车模型放置在动力学测试系统上，保证模型稳定且符合实际尺寸比例。
4.2 数据采集设备连接将数据采集设备与动力学测试系统连接，确保传感器的准确采集振动信号。
4.3 实验参数设置设置测试系统的参数，如加载频率、加载幅值等，以模拟不同路况的汽车振动。
4.4 数据采集启动数据采集设备，并进行振动测试，同时记录振动信号。
4.5 数据分析利用计算机及相关软件对采集到的振动信号进行分析。
可以采用时域分析、频域分析、振动模态分析等方法，定量分析汽车振动特性。
5. 实验结果与讨论根据实验数据得到的结果，可以进行以下讨论：1. 不同路况对汽车振动特性的影响。
比较不同道路状况下的振动信号，分析车辆行驶平稳性和舒适性的变化。
2. 车辆结构对振动特性的影响。
通过对同一路况下不同车辆模型的振动信号进行对比，分析车辆结构对振动的吸收和传递的影响。
6. 结论通过本实验的研究，得出以下结论：1. 路况的好坏直接影响车辆的振动特性，较为平整的道路能减少车辆的振动幅度，提高行驶的平稳性和舒适性。
2. 车辆结构的合理设计能有效减缓振动的传递和减震，提高乘坐舒适性和车辆稳定性。
7. 实验总结本实验通过模拟汽车行驶过程，对汽车振动特性进行了研究。
实验结果表明，路况和车辆结构对汽车振动特性有着重要的影响。
合理的道路维护和车辆设计能够提高车辆的稳定性和乘坐舒适性。
汽车振动分析
汽车振动分析编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（汽车振动分析）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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研究生试卷2013 年—2014年度第 2 学期评分:______________________课程名称：振动理论专业：车辆工程年级: 2013级任课教师：李伟研究生姓名：王荣学号： 2130940008注意事项1.答题必须写清题号;2.字迹要清楚,保持卷面清洁;3.试题随试卷交回；4.考试课按百分制评分，考查课可按五级分制评分；5.阅完卷后，授课教师一周内将成绩在网上登记并打印签名后，送研究生部备案；6.试题、试卷请授课教师保留三年被查。
《汽车振动分析》总结王荣(重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆 400074）摘要：本课程由浅入深、循序渐进,从单自由度系统的简单问题逐渐加深到多自由度的分析，甚至是无限自由度系统，并从简单激励的振系逐渐推广到随机激振振系。
作为汽车理论及汽车设计等课程的基础，其对于分析汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性、发动机的减振和隔离等具有良好的参考价值。
关键词:单自由度;多自由度；简单激振；随机激振The Conclusion of “Automotive VibrationAnalysis”Abstract: The course progressively， step by step, gradually discusses from the simple question of a single degree of freedom system to the analysis of a multi—degree of freedom system， even to the analysis of the infinite degree of freedom system. In addition， the course extends from simple energized vibration system to random energized vibration system. As the basis of Vehicle Theory and Vehicle Design, this course has direct reference value for the analysis of vehicle ride, comfort of passenger， engine vibration damping and isolation.Keywords：Single-Degree—of-Freedom; Multi—Degree—of—Freedom; Simple Energized Vibration System ;Random Energized Vibration System0 引言随着科学技术的日新月异和人民生活水平的日益提高，人们对汽车的动态性能,例如：汽车行驶的舒适性，操纵的稳定性，车内噪声水平及音质等等——提出了愈来愈高的要求。
某车型转向系统NVH性能分析与优化
某车型转向系统NVH性能分析与优化摘要：本文首先针对某车型怠速时转向系统NVH性能存在的问题进行深入的分析，在此基础上将仿真分析与试验测试方法之间实现了有效的结合，然后针对车型转向系统NVH性能优化措施进行了深入的探究，希望能为相关人员提供合理的参考依据。
关键词：转向系统；NVH性能；分析；优化目前，随着我国社会经济的不断发展，人们对于生活舒适度提出了更高的要求，从而对汽车NVH性能引起了高度的重视。
在汽车行驶过程中，转向系统通常会产生振动和噪声现象，并且驾驶员可以对这些现象进行直接的感受，对于整个汽车NVH性能的发挥产生了非常重要的影响。
在对汽车转向系统以及仪表板总成进行设计的过程中，对有限元法进行充分的利用，在此基础上不但可以减少成本的投入，同时还能对转向系统与仪表板安装横梁总成的NVH性能进行准确的预测。
1某车型转向系统有限元分析1.1有限元模型的构建本文在对转向系统有限元模型进行构建的过程中，主要是采用Hypermesh有限元软件来进行，在对有限元模型进行计算的过程中，保证最终的计算结果具有一定的准确性，在此基础上针对该模型进行了相应的优化处理工作，比如对安全气囊进行了集中的模拟，在对钣金件进行模拟的过程中，主要是采用shell单元来进行，在对方向盘以及是十字节进行模拟时，采用实体单元方法来进行。
1.2模态分析在已经构建完善的有限元模型基础上，然后通过MSC.Nastran完成了相应的分析工作，对最终的结果进行求解，其计算结果如下表1所示。
表1 转向系统仿真结果与试验结果对比由上表中所显示的相关数据可以了解到，有限元仿真结果可以符合最终的试验测试结构，并且误差控制在了6%以内，其中1阶固有频率的误差为1.51%，在对转向系统模态结果分析与计算的基础上，可以对有限元模型的准确性进行有效的判定。
1.3模态优化结合实验过程来看，该车型在怠速状态下，其方向盘1阶固有频率与发动机激励频率之间存在共振现象，这就会造成在怠速状态下时，方向盘产生非常大的振动现象。
汽车转向摆振原因分析
汽车转向摆振原因分析1.轮胎问题：轮胎气压不足或不均匀磨损是导致转向摆振的常见原因之一、当轮胎气压不足时，轮胎会变形，导致车辆行驶时产生抖动。
另外，不均匀磨损的轮胎也会导致转向摆振，可以通过定期检查和调整轮胎气压，并及时更换磨损严重的轮胎来预防转向摆振的发生。
2.悬挂系统问题：悬挂系统的故障也是造成转向摆振的常见原因之一、例如，悬挂系统的弹簧或减震器老化、磨损或损坏时，会导致车辆在行驶过程中发生晃动或抖动。
此外，悬挂系统的配重不均、悬挂部件松动等问题也可能导致转向摆振的发生。
及时检查和维修悬挂系统的问题，可以有效减少转向摆振的发生。
3.转向系统问题：转向系统的问题也是导致转向摆振的原因之一、如果转向系统的零件松动或磨损，会导致转向阻力不均匀，进而引发转向摆振。
转向拉杆、转向机、转向织杆等部件的老化、磨损或松动都可能导致转向摆振。
定期检查和维修转向系统的问题，能够避免转向摆振的发生。
4.刹车系统问题：刹车系统的故障也会导致转向摆振。
当刹车盘或刹车片出现不均匀磨损时，会导致转向摆振。
此外，刹车失灵、刹车液泵故障等问题也可能引发转向摆振。
定期检查和保养刹车系统，及时更换磨损的刹车盘和刹车片，可以减少转向摆振的发生。
5.动力系统问题：动力系统的故障也可能导致转向摆振。
例如，发动机无规则抖动、气门间隙调整不当或点火系统故障都可能影响车辆的平稳运行，从而导致转向摆振的发生。
定期检查和维护动力系统，可以减少转向摆振的产生。
综上所述，汽车转向摆振可能与轮胎问题、悬挂系统问题、转向系统问题、刹车系统问题以及动力系统问题等因素有关。
定期检查和维护车辆的各个系统和部件，及时更换损坏或老化的零件，可以有效预防和减少转向摆振的发生。
同时，在驾驶过程中要注意平稳驾驶，避免急刹车、急转弯等行为，保持车辆的稳定性，也可以减少转向摆振的出现。
面向汽车转向系统NVH性能的分析与设计流程
面向汽车转向系统NVH性能的分析与设计流程田冠男杨晋谢然徐有忠(奇瑞汽车有限公司乘用车工程研究院CAE部安徽芜湖241009)摘要: 本文提出了一种面向汽车转向系统NVH性能的分析与设计流程,简述了转向系统振动的激励源，针对转向柱总成进行了模态分析与试验对比，并结合提升转向柱与仪表板安装横梁总成NVH 性能的工程实例，进一步针对转向柱安装支架进行了静强度分析与结构优化，该方法最终在奇瑞某车型开发中得到了较好的应用。
关键词: NVH 转向系统分析与设计流程MSC.Nastran 结构优化An Analysis and Design Process Oriented on VehicleSteering System NVH PerformanceTian Guannan, Yang Jin, Xie Ran, Xu YouzhongCAE Department，Passenger Vehicle Product Development, Chery Automobile Company Ltd. Wuhu, Anhui 241009,ChinaAbstract: Orienting on vehicle steering system NVH performance, an analysis and design process is given. Exciting resource of steering system shake is introduced. To analyze mode of steering system, both FEM and test method is used. An example aimed to increase NVH performance of steering column and IP is given. In the example, this analysis process is applied, at last strength analysis and structure optimization of mounting bracket is given, the performance of a Chery passenger car has increased a lot.Key words:NVH, Steering System, Analysis and Design Process, MSC.Nastran, Structure Optimization0 引言汽车上用于改变行驶方向的机构称为汽车转向系。
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新车型 开发过程 中解决方 向盘振 动严重的 问题就非 常必要 。通过试验对转 向 系统方向盘进行传递 函数 测试 ， 得到方 向
盘振动 的固有频 率 ， 并与发 动机 怠速状 态下的激励频率对 比， 从而分析 方向盘在 怠速状 态下振动过 大的原因， 并为转 向 系统的进一 步结构优 化设计打 下基 础。 关键词 ： 转向 系统 ； 振动特性 ； 模 态分析 中图分 类号 ： Ｕ ４ ６ ３ ． ４ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ４） ０ １ — ０ １ １ ９ — ０ ２
ｉ 为 气缸 数 。 布置如图 １ 。
怠速时发动机转速一 般为 ７ ５ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 左右 ， 此水平地 面上 ， 发动
主激励频率 为 ２ ５ Ｈ ｚ 左右 。 因此一般要求汽车上的子 机 处 在熄 火状 态 。
收 稿 日期 ： ２ Ｏ ｌ ３ － ｌ Ｏ 一 ０ ４
根据频谱 响应 曲线可知 ，方 向盘 的固有频率为 个测点 ， 每个 测 点 间 隔 ６ ０ 。， 在 方 向盘 中心 布置 第 ７ ２ ７ ． ５ Ｈ ｚ 。 该 车方 向盘 的固有频 率和怠 速状 态下发动 机 激励频率 ２ ５ Ｈ ｚ 比较接近 ， 容易引起转向系统的共振 ， 个测点。 （ ３ ） 激励方法 ：用力锤在方向盘 ｌ ２ 点钟位置做 会 引起驾驶 员怠 速状态下 操作方 向盘感 到不舒 适 。 ４ ． ２ 模态 试 验测 试 结 果与 分析 Ｘ 向激 励 。 将在测试系统 中得到的转 向系统频谱 曲线导人 到软件 中做模态参数识别与分析 ，可得到对应的振 型 图和前六 阶固有频率 ，模态试验振 型图及前六阶 固有频 率 结果 分别 如 图 ４和表 ２ 。 图４ （ ａ ） 是 方 向盘 １ ２点种 位 置 ｘ方 向激励 时 ， 方 向盘一 阶 振型 图 ， 为纵 向震动 。 图４ （ ｂ ） 是 方 向盘 １ ２点 钟位 置 ｘ方 向激励 时 ， 方 图 １ 方 向盘 振 动 模 态 测 试 试 验 布 置 图 向盘二 阶 振 型 图 ， 为横 向震动 。 ３ ． ２ 发 动 机怠 速 状态 方 向盘 振 动试 验
况下方 向盘的振 动特性满足要求 ，避免方 向盘振动
盘做传递 函数测试 ，并与怠速工况下发动机激励频 率作 比较 ， 从而分析方向盘振动过大 的原 因。
表 １ 试 验 主 要 设 备
序号
１ 力 锤
名称
数量
１
１ 怠速 工况 下方 向盘 的振动机理
２ ３
三向加速度传感器 数据 采集器
在 发 动 机 怠 速 状 态 下 做 方 向盘 振 动 测 试 试 验
《 装备制造技术｝ ｝ ２ ０ １ ４ 年第 １ 期
车辆转 向系统振 动特性 的试 验分析
卢 培纪 。 王福 明
（ 中北 大 学 机 电工 程学 院 ， 山西 太原 ０ ３ ０ ０ ５ １ ）
摘 要： 转向 系统 的振 动特 性是衡量汽 车 Ｎ ＶＩ － Ｉ 性 能的一个重要评价指标 ， 是影 响车辆乘 坐舒 适性的重要 影响 因素 。在
在新 车型研发过程 中，要保证新车型乘坐舒适 系统 的固有频率应该避开这个激励频率 ，如果 和此 性， 必须在设计开发初期对 车身 、 底盘等各个 系统 的 怠速激励频率接近 ， 又无 良好 的隔振和吸振措施 ， 会
Ｎ Ｖ Ｈ特 性 进行 匹配 和研 究 。方 向 盘在 怠 速 状 态下 振 动 的 大 小是 衡 量 振 动 特 性 的 一 个 重要 指 标 ，怠 速 状 引起 子 系统 的共振 。
态下方 向盘振动严重 ， 不仅会影 响驾驶员心情 ， 还可 ２ 转 向系统振动试 验设备及软件 能会影响到驾驶安全性能［ １ Ｊ 。如何保证发动机怠速工
转 向系统振动试 验采用丹麦 Ｂ ＆ Ｋ 公 司 生 产 的 过大而引起 的不舒适 ，是转 向系统研发过程 中必须 振动噪声测试 系统 ， 此测试 系统主要 由硬件和软件 考 虑 的 问题 。怠 速 工况 下 ， 方 向盘 的震 动严 重 一般 是 两个部分组成 。试验使用 的硬件设备包括多通道数 由转 向系统 的固有频率与发动机激振频率接近发生 据采集 系统 、 力锤及加速度传感器及力锤等 ， 试验的 共 振 造 成 的 。本 文采 用 试 验 的方 法 ， 对转 向系 统方 向 主要设备如表 １ 所示。
作者 简介 ： 卢 培纪（ １ ９ ８ ４ 一） ， 男， 河南商丘人 ， 研究 生在读 ， 研 究方 向： 车辆振动噪声控 制方 向。
１ １ ９
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． １ ， ２ ０ １ ４
７ １
气体作用 力 、自身运动部件惯性力和外界负荷 ３ 试验测试 系统及 方案 的反 作 用 力 是 发 动 机 的 主要 激 励 力 。 以 目前 市 场 上 四冲程发动机为例 ， 对于缸数为 的发动机 ， 其 谐 ３ ． １ 模 态 测试 系统及 方 案 在 进 行 转 向系 统模 态 测 试 试 验 时 ，采 用 力锤 脉 次 的振幅最大 ， 称之为第一主谐次 ， 第一主谐次对应 冲激励作为主激励 ， 使用力锤锤击方 向盘 ， 力信号经 的频 率 厂 ０ 按 下 式进 行 计 算［ ２ Ｊ ： 电荷放大器送 到信号分析系统 ，测试 系统软件对信 × 争 号 处 理 得 到 加 速 度对 力 的传 递 函数 ，通 过 对 转 向 系 其 中， 统 的模 态实验分析可 以得 到方 向盘 的固有频率 、 阵 Ⅳ为 曲轴转速 ， 型图和前六阶固有频率ｌ ３ ＿ ， 方 向盘振动模态测试试验