轿车转向系统抖振分析和结构优化研究

高海钦

摘 要：近年来，随着汽车工业的快速发展，人们对汽车驾驶的舒适性提出了更高的要求。而轿车转向系统抖振现象的产生在一定程度上影响了车辆的舒适性。因此，对轿车转向系统抖振现象及其原因展开了分析，并提出了相应的结构优化策略，以期为相关人员提供参考。

关键词：轿车；转向系统；抖振现象；结构优化

中图分类号：U463.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.082

一直以来，汽车生产商致力于轿车振动噪声问题的研究。这是因为振动噪声不仅会影响车辆驾驶的舒适性，还容易导致车辆耐久性降低，继而不利于车辆的安全行驶。而轿车转向系统抖振问题是这方面的突出问题，值得相关人员展开进一步的研究。

1 轿车转向系统抖振分析

1.1 转向系统抖振现象

轿车的转向系统由转向传动机构、转向操纵机构和转向器构成，而转向操纵机构则由转向盘、转向管柱和转动轴构成。所谓“转向系统抖振”，其实就是车辆在制动或怠速运行过程中，转向盘、制动踏板和车身底板发生剧烈抖动的现象。就目前来看，轿车转向盘抖振是最为常见的一种转向系统振动方式，它主要分为转向盘制动抖振和转向盘怠速抖振两种。轿车在一定车速范围内制动时，转向盘、制动踏板、座椅和车身底板发生剧烈抖动的现象被称作“制动抖振”。因此，制动抖振是一种被迫发生的振动，按照具体的振动现象可以将其划分成冷抖动、热抖动和抖动噪声。而怠速抖振是轿车转向盘在怠速情况下发生的一种抖动现象，怠速抖振的发生不仅会引发转向盘振动，还会引发其他零件振动。在实际中，转向系统抖振现象的发生虽然不会引发驾驶员安全风险，但是会影响驾驶员通过转向盘感知汽车和道路状态。在转向盘振动超过人类感知振动的阈值时，驾驶员会感到不适，不利于车辆的安全行驶。此外，转向系统不停地抖动还会加速系统零件的损坏，继而使车辆运行的可靠性降低。

1.2 转向系统抖振原因

分析转向系统抖振的原因可以发现，引起转向盘制动抖振的原因有多个，比如制动盘厚度变化、制动盘断面跳动等。首先，在汽车制动的过程中，制动盘在圆周方向上的厚度会发生一定的变化，从而导致有效制动力半径变化，最终引起制动力矩和制动压力波动。而制动盘厚度的变化与加工制造精度不高、长期使用磨损和温度过高导致的制动盘翘曲有一定的关系。其次，制动盘断面的跳动将导致制动盘出现侧偏等变化，从而引起制动盘厚度变化，继而导致转向盘抖振。而这一问题的出现与制造误差、安装误差和外力作用有关。此外，分析转向盘怠速抖振的原因可以发现，转向系统共振、阻尼较小和发动机不平衡是导致该现象出现的主要原因。在轿车怠速行驶的过程中，如果发动机点火频率与转向系统固有频率接近，转向盘振动幅度就会很大。

2 轿车转向系统结构优化策略

2.1 制动系统的设计优化

要想解决转向系统抖振问题，就要避免制动系统各元件形状、材料及各元件间的相互匹配度对转向系统造成影响。因此，在设计时应该尽量减少组装环节，从设计上减少制动抖振发生。同时，为了避免制动盘因温度过高产生热变形，还要在设计时采取措施提高制动盘的抗翘曲特性。而为了减少制动盘产生的非制动磨损，也可以进行分泵封圈和浮动钳结构的优化。此外，为降低转向系统对制动盘厚薄差的敏感度，还要合理设计转向子系统、制动器子系统等。

2.2 制动盘加装结构的优化

为了消除制动盘的热应力，有效控制制动盘厚薄差及断面跳动，需要在加工和装配制动盘时使用均一性较高的材料，并且尽量降低装配误差。在这一过程中，不仅需要确保零部件质量合格，还要确保装配质量，从而避免断面跳动超标。而在装配的过程中，需要尽量减少各部件间隙中的异物。完成装配后，需要对装配状态下轿车左右两侧制动盘的断面跳动和厚薄差进行检测，最后根据检测情况更换某些元件。

2.3 转向系统的设计优化

考虑到转向系统怠速抖振的原因，需要通过优化转向系统的设计避免转向盘与车身共振。而就目前来看，要想实现这一目标，可以采取隔振、减振和避振等手段。具体来讲，就是通过使用动力吸振器、优化转向系统结构刚度、降低发动机怠速转速、减轻转向盘质量和匹配安装动力总成等方式实现转向系统的设计优化。相对而言，转向盘质量、发动机型号和动力总成难以改变，因此，还需要提升转向管支架的刚度，从而提高转向系统的固有频率。

3 结论

总而言之，对于轿车转向系统抖振问题，除了做好转向系统抖振现象的观察和分类外，还要做好抖振现象的原因的分析，从而寻求相应的对策。而从本文的研究来看，优化制动系统和转向系统的结构设计，并且优化制动盘加装结构，能够较好地控制转向系统的振动，继而提升轿车驾驶的舒适性和车辆的耐久性。

参考文献

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[3]王威，宋玉玲，薛彦冰.高速下轿车转向系非线性振动的分岔特性[J].机械工程学报，2012（09）：103-110.

〔编辑：刘晓芳〕