方向盤振動(dòng)分析與優(yōu)化報(bào)告0907

1、方向盤振動(dòng)分析與優(yōu)化報(bào)告同濟(jì)大學(xué)2010年9月1日1 方向盤振動(dòng)摸底試驗(yàn)1.1 試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)試驗(yàn)測(cè)量方向盤在各個(gè)工況下的振動(dòng)大小，了解并量化方向盤振動(dòng)的特性，找出振動(dòng)的問(wèn)題峰值，確定優(yōu)化的目標(biāo)頻率。1.2 試驗(yàn)方法通過(guò)在方向盤上安裝一個(gè)三向加速度傳感器來(lái)測(cè)量方向盤振動(dòng)信號(hào)。傳感器安裝于圖1所示坐標(biāo)系原點(diǎn)位置，坐標(biāo)系選擇如圖1所示。所測(cè)量工況有怠速、2檔和3檔以及最高檔加速工況、高速巡航工況（60km/h120km/h，每隔10km/h，此外增加95km/h和105km./h）、滑行工況（slidup、sliddown、coastdown）。圖1 方向盤振動(dòng)分析坐標(biāo)系示意圖1.3 方向盤振動(dòng)試驗(yàn)

2、數(shù)據(jù)分析結(jié)果通過(guò)對(duì)摸底試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)作分析，得出以下兩個(gè)主要的結(jié)論：1.3.1 在所有工況下，Z向的振動(dòng)都比其它兩個(gè)方向的振動(dòng)要嚴(yán)重。如下面兩圖是怠速工況下方向盤三個(gè)方向的振動(dòng)信號(hào)在頻域的對(duì)比。圖2 怠速工況方向盤振動(dòng)頻譜圖1.3.2 方向盤振動(dòng)峰值主要集中在20-106的頻率范圍內(nèi)。在所有工況的振動(dòng)峰值里，110km/h(28Hz), 105km/h(28Hz), 70km/h(38Hz)的振動(dòng)是最嚴(yán)重的；而怠速工況的使用頻率比較高，其峰值（26Hz）也很重要；60，80，120km/h的32Hz振動(dòng)也是很明顯的。圖3 20至106Hz方向盤振動(dòng)頻譜峰值圖圖4 110km/h(28.95Hz

3、), 105km/h(27.65Hz), 70km/h(38Hz), 怠速（26.64Hz）方向盤振動(dòng)頻譜圖圖5 60、80和120km/h工況下30Hz附近峰值2 方向盤模態(tài)試驗(yàn)2.1 試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)試驗(yàn)確定方向盤在安裝狀態(tài)下的固有頻率，以判斷是否有共振現(xiàn)象導(dǎo)致方向盤的振動(dòng)問(wèn)題。從摸底試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，方向盤振動(dòng)的問(wèn)題主要是Z向振動(dòng)比較大，因此模態(tài)試驗(yàn)的目的是測(cè)量方向盤在Z向振動(dòng)的固有頻率。2.2 試驗(yàn)方案在臺(tái)架車上，安裝狀態(tài)下，沿方向盤外沿布置8個(gè)加速度傳感器，于方向盤正中布置一個(gè)，方向均為Z向。用力錘在圖6所示位置敲擊，測(cè)量方向盤的加速度響應(yīng)，以此分析出方向盤在Z向振動(dòng)的固有頻率。圖6

4、方向盤模態(tài)試驗(yàn)2.3 試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)對(duì)模態(tài)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出方向盤Z向的固有頻率如表1所示。與摸底試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，方向盤Z向第1、2階的固有頻率均與問(wèn)題頻率接近，圖4中黑粗豎線表示方向盤Z向第1階的固有頻率，圖5中黑粗豎線表示方向盤Z向第2階固有頻率。從模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，方向盤在固有頻率下的共振是導(dǎo)致方向盤振動(dòng)的原因之一。尤其是方向盤Z向一階頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速下的二階頻率非常接近，極易被激發(fā)出來(lái)。表1 方向盤Z向固有頻率階次頻率126.7229.9348.6461.15100.23 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真模態(tài)分析3.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真模態(tài)分析目的通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作仿真模態(tài)分析，可以找出在模態(tài)

5、頻率下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生較大應(yīng)變的區(qū)域，這表示在該區(qū)域轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度不夠。針對(duì)該區(qū)域的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)將能夠增加其剛度，提高該階模態(tài)的固有頻率，并進(jìn)而與激勵(lì)信號(hào)的頻率錯(cuò)開(kāi)，避免結(jié)構(gòu)的共振，降低方向盤的振動(dòng)響應(yīng)。3.2 傳真計(jì)算結(jié)果通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建立有限元模態(tài)，計(jì)算出其在前兩階模態(tài)下的應(yīng)變，如圖7與圖8所示?？梢钥闯觯饕淖冃伟l(fā)生在轉(zhuǎn)向管柱與方向盤連接的一段，以及輪輻支撐桿上。這也是需要加強(qiáng)的地方。圖7 第一階模態(tài)振型圖圖8 第二階模態(tài)振型圖4 優(yōu)化方案的提出在摸底試驗(yàn)中我們確定了方向盤振動(dòng)的問(wèn)題，又通過(guò)方向盤的模態(tài)試驗(yàn)找出了其固有頻率，發(fā)現(xiàn)存在模態(tài)頻率下的共振現(xiàn)象。又通過(guò)傳真分析，確定了轉(zhuǎn)向管柱與方向盤連接的一段，以及輪輻支撐桿是需要加強(qiáng)剛度的地方。因此我們提出如下的優(yōu)化方案：轉(zhuǎn)向管柱近方向盤段半徑增加2mm（如圖所示）；輪輻支撐桿半徑增加4mm左右（如圖。圖9 轉(zhuǎn)向管柱改進(jìn)圖10 輪輻支撐桿改進(jìn)5 優(yōu)化方案效果預(yù)測(cè)在傳真模型中實(shí)現(xiàn)優(yōu)化方案，計(jì)算其對(duì)于提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有頻率的效果。計(jì)算結(jié)果