基于整车对方向盘进行Nibble分析

沈亮，方滨

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330052）

前言

近年来，随着我国经济总量的不断增长，汽车保有量在逐渐增多，汽车将变得越来越普及，消费者也越来越重视汽车的品质和安全。其中方向盘角振动是普通汽车最常见的振动问题，甚至会影响驾驶员的舒适性和行车安全[1-2]。当汽车在高速公路上以车速100到120 km/h之间行使时，方向盘会产生绕管柱轴线振动（持续来回摆转，俗称nibble）；严重时，手如果握不住方向盘，则会有极大的安全隐患。本文就这种常见的方向盘角振动问题进行各种影响因素的分析和总结。

1 EPS对于Nibble的抑制

虽然现在乘用车有标配EPS（电动助力）的趋势，而且比较高端的EPS含有ANC (Active Nibble Compensation)功能，可以有效地抑制Nibble，如图1所示；但大多数车还是用液压助力或普通EPS（不带ANC 功能）， 无法通过电动助力转向器对Nibble进行有效的抑制。

2 影响Nibble的其他因素

一般来说，对于新车的开发，当Nibble问题被识别时，车辆底盘件都基本上已经定型，CAE模型也已经搭建完成，并可以系统的从理论到实车来分析Nibble现象。其中导致产生nibble的影响因素有很多，本文通过用统计学的方式来排查Nibble的主要因素。归纳如下：

图1 EPS对于Nibble的抑制

2.1 转向系统对Nibble的影响分析

传统液压转向器的阻尼，包括机械摩擦力和液压阻尼。1）、随着机械摩擦力的增加，对Nibble的抑制作用也会逐渐增大（如图2所示）。但这也会导致转向器磨损加剧，使得转向回正性下降。2）、随着转向器液压阻尼的增大，对Nibble也有抑制效果（如图3所示），但如果阻尼过大，则会带来转向器的噪音和振动（小角度打方向盘时，较为明显）。图中数据为实车驾评主观评分数据汇总。

图2 机械阻力对于Nibble的影响

图3 液压阻尼对于 Nibble的影响

图4 悬架参数对于Nibble的影响经验公式

2.2 悬架系统对Nibble的影响分析

悬架的主销内倾角（Kingpin Inclination Angle）、后倾角（Caster Angle）、磨胎半径（Scrub Radius）、主销偏置距（Kingpin Offset）等几何参数对Nibble都有一定的影响，很多文献也介绍过。图4展示了经验公式(经过大量CAE仿真得出一个综合考虑上述悬架几何参数影响)，一般对于 SUV来说， 建议w≤8。W也不可很小，主要是还要受限于发动机和悬架的布置等约束。

2.3 车轮系统对Nibble的影响分析

轮胎的力学特性对Nibble也有重要影响。一般来说，轮胎的不平衡可以直接用轮胎总成的静偶平衡（单面和双面平衡）指标来衡量，但这些都是轮胎在低转速下测试的。现在大量汽车在100km/h小时以上出现方向盘抖动，轮胎的静偶平衡已经不能很好的反映出轮胎高速均一性指标。本文推荐两个轮胎力学特性T1H（轮胎切向力一次谐波）和R1H（轮胎径向力一次谐波）对Nibble的影响分析，如图5、图6所示。

图5 TIH对于Nibble的影响

图6 RIH对于Nibble的影响

从图5、图6中可以看到T1H对Nibble 的影响比R1H大，图5、图6中轮胎力学特性T1H，R1H的单位为磅（1磅＝0.454公斤）。

3 结论

本文主要针对国内汽车普遍会存在的方向盘角振动（Nibble）问题，对Nibble的主要影响因素作了一些分析，归纳起来，主要有以下几点：1）转向系统对 Nibble来说是起的类似滤波（共振、抑制、衰减等）作用。2）悬架系统对Nibble的影响是放大和缩小的作用。3）轮胎和轮辋就是Nibble的激励源，如果轮胎的动平衡或T1H较大，Nibble会非常明显。当然影响Nibble还有其它因子，比如减震器阻尼，衬套刚度，悬架的模态（在10HZ-20HZ之间），动力总成振动等。这为以后分析同类似问题提供一个可以参考的方向。

参考文献

[1] 陈书明.转向系统 NVH 研究综述.汽车工程学报,Vol 1,No5,Nov.2011:429-441.

[2] 庞剑.汽车噪声与振动[M].北京:北京理工大学出版社,2006.