LMS-汽车方向盘抖动分析及设计策略.ppt

1,提纲,汽车车身抖动概述汽车方向盘抖动概述汽车方向盘抖动产生原因介绍汽车方向盘抖动分析案例汽车转向系统设计策略总结,2,汽车车身抖动概述,汽车车身抖动介绍轮胎不平衡的力、路面激励、冷却风扇旋转激励、发动机燃烧、发动机和传动系统旋转部件不平衡，以及其他部件的相对运动产生的动态作用力，都会直接或间接地传到车身，引起车身局部（如转向系统、座椅、前围板等）的强烈低频振动，称为抖动抖动主要发生在发动机怠速状态下、或者汽车以中高速行驶在平坦的路面上、或者行驶在不平坦的路面上产生的。抖动属于低频率振动，振动频率范围在530Hz，但方向盘的抖动频率最高可得到40Hz左右。,3,汽车方向盘抖动概述,汽车方向盘抖动介绍方向盘是转向系统振动最为敏感的部件。当激励源的频率与转向系统的固有频率相等或相近时，车身就会将振动传递给转向系统，使转向系统产生较大的振动，进而使方向盘产生更为强烈的振动。车身作为传递能量的通道，若车身模态频率与抖动频率相等时，车身同时会把激励源产生的振动放大，就会使得方向盘产生更加严重的振动的情况发生。由于方向盘是驾驶员直接接触的部位，因此方向盘的抖动对驾驶的安全性和舒适性非常重要。,4,汽车方向盘抖动原因介绍,汽车方向盘抖动激励源：方向盘的抖动可能由单一激励源产生，也可能是几种激励源的综合作用，主要的激励源有：冷却风扇的不平衡力；排气系统的激励力；发动机的不平衡力、弯矩和转矩引起的激励力；轮胎的阶次力；传动系统不平衡力等等。,5,汽车方向盘抖动案例分析,发现问题：对某款车的转向系统，主观感受和试验测试发现，方向盘有明显的抖动，测试结果如下图：,发现问题：方向盘12点位置Y和Z向向振动偏大，表现为方向盘左右振动和前后振动解决思路：首先利用试验和仿真分析相结合，查找振动的峰值频率来源,6,汽车方向盘抖动案例分析,分析问题：测试转向系统模态情况，验证是否与方向盘抖动频率相等，确认抖动频率来源,问题总结：转向盘测试频率与抖动频率一致：转向盘左右振动为29.3Hz，前后振动频率为32.0Hz解决思路：利用仿真分析，查找转向系统模态的影响因素，及引起抖动的重要激励源,7,汽车方向盘抖动案例分析,分析问题：利用试验测试查找原因利用试验方法进一步确认造成方向盘抖动的原因,结论：转向盘去掉气囊后，模态频率分别提高到35.3Hz和39.4Hz；转向系统频率提高，转向盘的振动明显降低。解决思路：从仿真的角度，查找关键的激励源及传递路径,有无安全气囊的方向盘振动对比,去掉方向盘的安全气囊转向模态结果,8,汽车方向盘抖动案例分析,分析问题：利用仿真分析查找原因对转向系统模态仿真计算，确认问题原因,结论：仿真分析与试验分析误差较小，可利用仿真模型做进一步分析；通过对该系统的模态敏感性分析发现：图示区域对方向盘的模态影响最大；通过实车查看，图示两区域的连接刚度较弱，是方向抖动的一个重要原因；对图示区域，仿真处理与实际情况差异，是造成分析与试验误差的主要原因。解决思路：进一步确认导致方向盘抖动的激励源和传递路径,方向盘上下振动（f=33.20Hz）,方向盘左右振动（f=30.15Hz）,转向系统结构设计问题示意,9,汽车方向盘抖动案例分析,分析问题：利用仿真分析查找原因利用仿真模型查找激励源和传递路径：,在29Hz下各激励点三个方向的贡献量,在32Hz下各激励点三个方向的贡献量,结论：在29Hz下：冷却风扇四个安装点Z方向，以及左右上安装点的Y方向贡献量较大；在32Hz下：冷却风扇四个安装点的Z方向，排气吊挂的2#和3#（挂钩安装点序号见图6.2）安装点的Z方向贡献量较大。解决思路：根据仿真结果，采用试验验证冷却风扇安装点，排气吊挂2#和3#对方向盘抖动的振动情况,10,汽车方向盘抖动案例分析,分析问题：利用试验测试查找原因冷却风扇贡献量测试分析,结论：冷却风扇壳体，在31Hz（风扇高速转动的频率）出现最大，与方向盘抖动频率一致；冷却风扇是重要的激励源之一；发动机怠速振动频率与风扇转动频率相近，在方向盘出现了拍频振动现象提高转向系统的模态频率非常必要,怠速带载工况下冷却风扇壳体振动情况,怠速带载工况下方向盘振动情况,怠速带载工况下方向盘出现拍频现象,11,汽车方向盘抖动案例分析,分析问题：利用试验测试查找原因对排气挂钩贡献量测试分析,结论：去掉3#吊挂，可以明显降低29Hz的方向盘的振动；排气系统是重要的激励源之一；排气系统模态与方向盘振动频率非常相近；车身的弯曲振动模态，放大了排气系统的振动对方向盘的影响。解决思路：对上述所有测试验证工作进行总结，提出解决方案,有无3#排气吊挂方向盘振动对比,排气系统Z向二阶弯曲模态（f=31.28Hz）,12,汽车方向盘抖动案例分析,解决问题：方案制订，问题总结转向系统频率偏低是造成方向盘抖动的重要原因，因此，重点关注提高转向系统的模态频率；转向系统高度调节锁止机构与支架连接刚度对转向系统模态影响较大，提高该区域的连接刚度；去掉3#吊挂，同时降低2#吊挂点的连接刚度；冷却风扇四个安装点刚度，或者改变冷却风扇的转动频率（频率范围有一定限制）通过上述修改，转向系统模态频率已经大于35Hz，有效的避开了发动机怠速转动、排气系统的二阶弯曲、冷却风扇的转动频率；使得方向盘抖动处在一个合理的振动范围，抖动的主观感觉的也明显改善。,13,汽车转向系统设计策略,从方向盘设计角度从上述分析看出：方向盘的固有频率，对抑制方向盘的抖动有重要作用。因此，开发前期转向系统的设计非常重要。通过本次分析，从设计角度进行总结：影响转向系统模态主要的三个因素：惯量（质量）、刚度和阻尼惯量（质量）：由方向盘质量和气囊质量决定刚度：管柱、管柱的支撑支架、支撑支架车身侧结构阻尼：可考虑增加一个减振器,14,汽车转向系统设计策略,从提高NVH性能角度，方向盘设计策略惯量（质量）经验公式：惯量（质量）设计策略气囊与方向盘质量尽可能小气囊边缘到管柱中心距离尽可能小方向盘边缘采用半管状结构方向盘外衬套尽可能采用低密度的材料方向盘的材料尽可能采用低密度材料,15,汽车转向系统设计策略,从提高NVH性能角度，方向盘设计策略刚度经验公式：刚度设计策略方向盘与支架之间距离（如图中L）尽可能小支架的宽度(如图W)，尤其是上支架尽可能小管柱上尽可能少开洞支架与车身连接处的刚度足够大锁止结构应采用金属与金属，避免柔性材料,16,汽车转向系统设计策略,从提高NVH性能角度，方向盘设计策略从阻尼的角度考虑：可以增加减振器，多采用橡胶减振器，特点是：增加重量；增加成本；空间受限制；受温度影响容易失效；减振器分开的两个峰值，低峰值也容易与怠速频率发生共振；利用阻尼来改变转向系统的模态特性是最后的选择,17,总结,通过该算例的分析，可以得到如下的通用的分析流程，可用于解决类似的工程问题,发现问题,主观评价,在实车试验和主观感觉某款车方向盘抖动较大,试验测试,Virtual.LAB仿真分析