方向盤振動分析與優(yōu)化報告0907

1、方向盤振動分析與優(yōu)化報告同濟大學2010年9月1日1 方向盤振動摸底試驗1.1 試驗目的通過試驗測量方向盤在各個工況下的振動大小，了解并量化方向盤振動的特性，找出振動的問題峰值，確定優(yōu)化的目標頻率。1.2 試驗方法通過在方向盤上安裝一個三向加速度傳感器來測量方向盤振動信號。傳感器安裝于圖1所示坐標系原點位置，坐標系選擇如圖1所示。所測量工況有怠速、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 方向盤振動分析坐標系示意圖1.3 方向盤振動試驗

2、數(shù)據(jù)分析結(jié)果通過對摸底試驗得出的數(shù)據(jù)作分析，得出以下兩個主要的結(jié)論：1.3.1 在所有工況下，Z向的振動都比其它兩個方向的振動要嚴重。如下面兩圖是怠速工況下方向盤三個方向的振動信號在頻域的對比。圖2 怠速工況方向盤振動頻譜圖1.3.2 方向盤振動峰值主要集中在20-106的頻率范圍內(nèi)。在所有工況的振動峰值里，110km/h(28Hz), 105km/h(28Hz), 70km/h(38Hz)的振動是最嚴重的；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振動也是很明顯的。圖3 20至106Hz方向盤振動頻譜峰值圖圖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2.1 試驗目的通過試驗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)象導致方向盤的振動問題。從摸底試驗的結(jié)果可以看出，方向盤振動的問題主要是Z向振動比較大，因此模態(tài)試驗的目的是測量方向盤在Z向振動的固有頻率。2.2 試驗方案在臺架車上，安裝狀態(tài)下，沿方向盤外沿布置8個加速度傳感器，于方向盤正中布置一個，方向均為Z向。用力錘在圖6所示位置敲擊，測量方向盤的加速度響應，以此分析出方向盤在Z向振動的固有頻率。圖6

4、方向盤模態(tài)試驗2.3 試驗結(jié)果通過對模態(tài)試驗所得數(shù)據(jù)進行分析，得出方向盤Z向的固有頻率如表1所示。與摸底試驗結(jié)果對比，可以發(fā)現(xiàn)，方向盤Z向第1、2階的固有頻率均與問題頻率接近，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)試驗結(jié)果可以看出，方向盤在固有頻率下的共振是導致方向盤振動的原因之一。尤其是方向盤Z向一階頻率與發(fā)動機怠速下的二階頻率非常接近，極易被激發(fā)出來。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)分析目的通過對轉(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。針對該區(qū)域的結(jié)構(gòu)加強將能夠增加其剛度，提高該階模態(tài)的固有頻率，并進而與激勵信號的頻率錯開，避免結(jié)構(gòu)的共振，降低方向盤的振動響應。3.2 傳真計算結(jié)果通過對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建立有限元模態(tài)，計算出其在前兩階模態(tài)下的應變，如圖7與圖8所示?？梢钥闯?，主要的變形發(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中我們確定了方向盤振動的問題，又通過方向盤的模態(tài)試驗找出了其固有頻率，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)向管柱改進圖10 輪輻支撐桿改進5 優(yōu)化方案效果預測在傳真模型中實現(xiàn)優(yōu)化方案，計算其對于提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有頻率的效果。計算結(jié)果