基于模态分析的转向系统怠速振动优化

１ 前 言
汽 车舒适 性 是决定 其市 场竞 争力 的重 要 因素 之一 ， 也是 现代 车辆设 计制造 水平 的重要 指标 。 近
车的 品质 ， 是急需 解决 的一个 重要 问题 。
表 １ 方 向 盘怠 速 振 动量 对 比
车型 加速度值 （ ｒ ｒ ｄ ｓ ｚ ） 对标车 ０ ＿ ４ ｌ 公 司样车 １ ． ７ ８ １ ． ０ ５ １ ． ０ ７ １ ． ２ ４
析计算的转 向系统 （ 包括转 向管柱 ， 方 向盘与仪
表 横梁 ） 的一 阶模 态为 ３ ４ Ｈ ｚ ， 理论 上不 会 和 发动
ａ ． 模 型 的细节 Ｃ Ａ Ｅ计算 很大 的优 点在 于设 计前期 只要 有数 模 就能 进行计 算 ，对 工程人 员 的产 品设 计提 供 了 极 大 的帮助 。 但 也正 因为 这点 ， 决定 了工程人 员和 Ｃ Ａ Ｅ分 析 人 员需 要 不 断 进 行信 息 交换 和数 据 更 新， 才能使得 分析结 果不断朝 着实 际值 进行修 正 。
速抖 动 明显 减小 ， 达到 了预期 目标 。
要原 因在于其本身 的某个 固有频率 （ 通常为一 阶） 与发动机 二 阶激励频 率接 近 ， 从 而导 致共振 现
象 的产生 。Ｃ Ａ Ｆ计算模 型见 图 １ 所示。
２ 方 向盘 振 动 测试
针对某高端轻卡主观评价发现 ，方向盘怠速 抖动 现 象严 重 ， 同 时利用 Ｌ ＭＳ 测 试 设备 对 方 向盘
年来 ， 随着车辆 向高速化 ， 轻量化方向发展 ， 结构 振动 和 内部 噪声 问题 日益 突 出 ， 因此 ， 减振 降 噪被
放在 日益突 出 的位置 ， 受到 各大 汽车 厂商 的重 视 。 而 转 向系 统 振 动 尤 其 是 方 向 盘 怠 速 工 况 下 的振
动， 关 系 到用 户 的第 一 主观 感受 ， 是众多 Ｎ Ｖ Ｈ控 制指标 中极 具影 响力 的一个 。
向 系统 在 怠速 情 况下 之 所 以产 生 较 大 的振 动 ， 主
本 文结合 某 高端轻 卡方 向盘 怠速 抖动 明显 偏 大 的现 象 ，利 用试 验 和有 限元分 析 等方法 对 抖动
现象进行深入研究找到了抖动原因 ，并重新对结 构进行 改 进设计 。改进后 试 验结果 表 明方 向盘 怠
本 文研究 的转 向系统 ， 设 计 之初 的 Ｃ Ａ Ｅ文档
机 怠速频率 相耦合 而产生共 振 问题 。
３ 模 态试验 及 数 据分 析
为 了得 到实 车状 态 下转 向系统 的特征 频 率 ，
以转 向管柱 加上 方 向盘 作为研 究对 象 ，利 用 Ｌ Ｍ Ｓ
测试设备进行试验。过程中采用了锤击模态试验 方 法 ，运用 Ｌ ＭＳ Ｐ Ｏ Ｌ Ｙ ＭＡ Ｘ软 件模块 对转 向系统 的模 态参 数进行 了识 别 。
盘振动相对对标车型和设计 目标值而言都明显偏 大， 这 与车 型本 身 的高端 定位严 重 不符 ， 影 响 了整
查阅产品设计之初的技术文档发现 ， 转 向系 统 提 出的设计 目标 为 一 阶模 态 大 于 ３ ６ Ｈ ｚ ； Ｃ Ａ Ｅ分
１ ６ 技 术纵 横
轻 型汽 车技 术
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参照《 ＧＢ 一 １ ４ ７ ９ ０ ． １ － ２ ０ ０ ９ － Ｔ ＿机 械 振 动 一人 体 暴 露 于 手 传
振动 的测量与评价 一第 １ 部分 》 进行计算
发 动机 怠速情 况 下 ， 主要激励 频 率较 为单 一 。 以本 系列 车 型 所搭 载 的 ２ ． ８ Ｔ四缸 柴 油 发 动 机 为 例， 怠速 转速 ８ ０ ０ ｒ ｐ ｍ， 二 阶激励 频率 为 ２ ６ ． ７ Ｈ ｚ 。转
振动量 进 行 了客观 数据测 量 。通 过试 验获 得方 向
盘ｌ ２ 点钟位置 的三方向振动信号 ， 计算得到的怠
速 振 动量 见 表 １ 。项 目组 给定 的方 向盘 怠速 振 动 量 的设计 目标 值 为低 于 ０ ． ５ ｍ／ ｓ ，很 显然样 车方 向
图１ Ｃ ＡＥ计算模型
析。 发 现其 前 两阶模 态偏 低 ， 与发 动机 怠速二 阶激 励过 于接 近 。 通过 改变方 向盘重
量与结构以及 Ｃ Ａ Ｅ分析寻找薄弱环节并予以结构加强的方式进行不同方案的验 证， 取 得 明显 的改善 效果 ， 解 决 了方向盘 怠速抖 动 过 大的 实际 问题 。 关键 词 ： 方 向盘 怠 速抖 动 Ｃ Ａ Ｅ分 析 模 态试 验
轻型 汽 车技 术
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技 术纵横
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基于模态分析的转 向系统怠速振动优化
徐 伟 戴 云
（ １南京 汽 车集 团有 限公 司汽车 工程研 究院 ２南京依 维柯 汽车有 限公 司产 品工程部 ）
摘
要
本 文针对 某 商用车 怠速 － Ｙ － － ￣ ） Ｌ 下方 向盘抖 动 的 问题 ． 对 转 向 系统 的模 态进行 分
为 获取较 为 明确 的模态 参数 ，分别 在方 向盘 盘面的 ３ 、 ６ 、 ９ 、 １ ２点 、 中心 点 、 以及 转 向管 柱 的 中 间和下 端 等不 同位 置放 置 三 向加速 度 传感 器 ， 同 时选 取 刚度较 大位置 的转 向管柱 中部作 为激励 点 进行 锤击 ， 测 试结果 见 图 ２和表 ２ 。结果显示 一 阶 级模 态 为 ２ ９ ． ９ Ｈ ｚ ， 这显然 与 Ｃ Ａ Ｅ结 果存 在较 大 的 差距 。因此 ， 依 据机 械共振 理论 ， 可 以判 定方 向盘 模 态试 验 的频 响 频率 和 怠速 振 动频 率 过 于接 近 ，
导致 振动异 常 的Baidu Nhomakorabea 生 。
＇ ｒ － 一
显示 ， 计算 所用 的方 向盘为 骨架模 型 ， 并 未考 虑后 期 增加 的发泡 材料 以及相关 的一些 其他 塑料 附件 的重量 ，其计 算结果 模态 高于实 车也就 不 足为奇