方向盘振动分析与优化案例

2020-02-15 21:27:22·  来源:汽车NVH云讲堂  
 
1方向盘振动摸底试验1.1试验目的通过试验测量方向盘在各个工况下的振动大小,了解并量化方向盘振动的特性,找出振动的问题峰值,确定优化的目标频率。1.2试验方
1        方向盘振动摸底试验
1.1        试验目的
通过试验测量方向盘在各个工况下的振动大小,了解并量化方向盘振动的特性,找出振动的问题峰值,确定优化的目标频率。
1.2        试验方法
通过在方向盘上安装一个三向加速度传感器来测量方向盘振动信号。传感器安装于图1所示坐标系原点位置,坐标系选择如图1所示。
所测量工况有怠速、2档和3档以及最高档加速工况、高速巡航工况(60km/h~120km/h,每隔10km/h,此外增加95km/h和105km./h)、滑行工况(slidup、sliddown、coastdown)。
图1 方向盘振动分析坐标系示意图
1.3        方向盘振动试验数据分析结果
通过对摸底试验得出的数据作分析,得出以下两个主要的结论:
1.3.1  在所有工况下,Z向的振动都比其它两个方向的振动要严重。如下面两图是怠速工况下方向盘三个方向的振动信号在频域的对比。
图2 怠速工况方向盘振动频谱图
1.3.2    方向盘振动峰值主要集中在20-106的频率范围内。在所有工况的振动峰值里,110km/h(28Hz), 105km/h(28Hz),70km/h(38Hz)的振动是最严重的;而怠速工况的使用频率比较高,其峰值(26Hz)也很重要;60,80,120km/h的32Hz振动也是很明显的。
图3 20至106Hz方向盘振动频谱峰值图
图4 110km/h(28.95Hz), 105km/h(27.65Hz), 70km/h(38Hz), 怠速(26.64Hz)
方向盘振动频谱图
图5 60、80和120km/h工况下30Hz附近峰值
2        方向盘模态试验
2.1        试验目的
通过试验确定方向盘在安装状态下的固有频率,以判断是否有共振现象导致方向盘的振动问题。从摸底试验的结果可以看出,方向盘振动的问题主要是Z向振动比较大,因此模态试验的目的是测量方向盘在Z向振动的固有频率。
2.2        试验方案
在台架车上,安装状态下,沿方向盘外沿布置8个加速度传感器,于方向盘正中布置一个,方向均为Z向。用力锤在图6所示位置敲击,测量方向盘的加速度响应,以此分析出方向盘在Z向振动的固有频率。
图6 方向盘模态试验
2.3        试验结果
通过对模态试验所得数据进行分析,得出方向盘Z向的固有频率如表1所示。与摸底试验结果对比,可以发现,方向盘Z向第1、2阶的固有频率均与问题频率接近,图4中黑粗竖线表示方向盘Z向第1阶的固有频率,图5中黑粗竖线表示方向盘Z向第2阶固有频率。
从模态试验结果可以看出,方向盘在固有频率下的共振是导致方向盘振动的原因之一。尤其是方向盘Z向一阶频率与发动机怠速下的二阶频率非常接近,极易被激发出来。
表1 方向盘Z向固有频率
 
3        转向系统仿真模态分析 
3.1        转向系统仿真模态分析目的
通过对转向系统作仿真模态分析,可以找出在模态频率下,转向系统发生较大应变的区域,这表示在该区域转向系统的刚度不够。针对该区域的结构加强将能够增加其刚度,提高该阶模态的固有频率,并进而与激励信号的频率错开,避免结构的共振,降低方向盘的振动响应。
3.2        传真计算结果
通过对转向系统建立有限元模态,计算出其在前两阶模态下的应变,如图7与图8所示。可以看出,主要的变形发生在转向管柱与方向盘连接的一段,以及轮辐支撑杆上。这也是需要加强的地方。
图7 第一阶模态振型图
图8 第二阶模态振型图
 4        优化方案的提出
在摸底试验中我们确定了方向盘振动的问题,又通过方向盘的模态试验找出了其固有频率,发现存在模态频率下的共振现象。又通过传真分析,确定了转向管柱与方向盘连接的一段,以及轮辐支撑杆是需要加强刚度的地方。因此我们提出如下的优化方案:
      转向管柱近方向盘段半径增加2mm(如图所示);轮辐支撑杆半径增加4mm左右(如图9)。
图9 转向管柱改进
图10 轮辐支撑杆改进
 5        优化方案效果预测
在传真模型中实现优化方案,计算其对于提高转向系统固有频率的效果。计算结果如表2所示。
表2 固有频率提高效果预测
 
 
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