基于K&C试验的车辆方向盘打手改善研究

孔令年　黄烈锦　梁天键　林泛业　李泾

摘 要：通过某车型过减速带时方向盘打手现象，从四轮定位、装配误差等方面提出打手原因，排除次要原因，应用悬架K&C特性试验台找出问题主因，并用仿真软件解决问题。关键词：方向盘打手;K&C试验;仿真中图分类号：U467  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）01-114-03

Abstract： Analyzed steering kickback after bumping in low speed. Using Suspension K&C Measurement System to find out the main cause of the problem. And find the way out with ADAMS simulation software.Keywords： Steering kickback; K&C test; SimulationCLC NO.： U467  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）01-114-03

前言

方向盤是驾驶员操纵车辆的重要部件，在行驶过程中，通常需要双手扶稳控制方向。方向盘打手（Steering Kick back），是转向轮因受到地面冲击，所受力和力矩未完全抵消经过转向系后通过方向盘传递给驾驶员，正常的路面反馈可以告知驾驶员谨慎驾驶，但非预期的路面反馈会让驾驶员突然提高注意力，引起不适，甚至影响行驶安全。这种现象一般在车辆经过减速带、铁轨或在转弯过坑时表现比较明显。

因此车辆的开发过程中应避免非预期的方向盘打手问题出现。本文针对某车辆，前轮低速（约20km/h）同时过减速带时出现方向盘偏摆打手现象进行深入研究，运用悬架K&C特性试验台，找出并解决此车方向盘打手问题。

1 原因分析

造成方向盘打手的原因有很多，四轮定位参数偏差、减振器故障、左右轮荷差异大、悬置衬套老化破损、设计缺陷、装配误差、样件尺寸超偏差等均会引起方向盘打手现象的出现。

对车辆进行四轮定位参数测量，再次确认车辆四轮定位值是否在设计范围内，结果见表1;检查前轮左右悬架部件，未见异常;称重显示左右轮荷在设计范围内，称重结果见表1;此车为全新底盘零部件装车，排除悬置老化等原因。

对于设计缺陷、装配误差、样件尺寸原因，由于底盘件多，空间复杂，无法准确判断，决定通过进行悬架K&C特性试验，进一步找出问题。

2 悬架K&C简介

悬架K&C是指悬架运动学（Kinematics）与弹性运动学（Compliance），简称K&C，K特性描述的是车轮在悬架弹簧变形和转向时的运动，特指当车轮上下移动时，车轮的定位参数、悬架的刚度、侧倾刚度等参数的相应变化关系，可理解为悬架固有运动特性;而C特性则是指在考虑橡胶衬套等弹性连接件对悬架性能影响的情况下，轮胎和路面之间力和力矩引起的车轮定位参数、悬架刚度等参数的变化关系。

表2为底盘悬架K&C试验内容及主要结果输出。一般认为轮跳试验和转向试验是针对K特性的试验，侧向力、纵向力及回正力矩试验是针对C特性的试验。

2.1 所需K&C试验筛选及方法

由于该车出现方向盘打手的现象是在前轮同时过减速带时，所以选定同向轮跳试验作为此次分析研究的K&C试验内容。而同向轮跳试验中与车轮转向相关的参数为前束角变化、外倾角变化，因此重点关注前轴此两项结果。

悬架K&C试验的同向轮跳的试验方法为：（1）车身固定，锁止方向盘，防止因方向盘转动影响试验结果;（2）四轮踩制动踩死，防止车轮滚动;（3）同轴左右加载平台同时同向垂直移动;（4）同时通过加载平台控制，消除纵向力、侧向力及回正力矩，只让车辆受到垂向运动力;（5）运动过程中同步测量各个车轮的参数：垂直载荷、前束角、外倾角、轮心及轮胎印迹中心位移等。图1为双轴悬架K&C试验台及同向轮跳试验示意图。

3 试验结果分析

表3为该车的同向轮跳试验结果汇总，可以看出该车前轴左右悬架的总刚度（Ride Rate）、轮心刚度（Wheel Rate）、轮胎刚度（Radial Rate）基本一致。又试验过程中方向盘锁止，所以左右两轮的前束角变化可以汇总为转向角变化（Steer Angle Change）。可以看出左前（Lf）和右前（Rf）Steer Angle Change变化值有较大差异。而Steer Angle Change的具体变化趋势可从试验结果输出相应曲线进一步分析。

图2为该车的前轴同向轮跳转向角变化曲线，既左右轮的前束值变化曲线。在曲线上可以看出两轮同时向上或向下跳动时（Z轴负向为上跳），左右轮的前束值变化不对称。路试时在前轮轮心处安装位移传感器，读取轮心最大位移，前轮过减速带时轮心处位移z变化量在-40mm～40mm左右。而从悬架K&C试验结果来看，在-40mm～40mm范围的轮跳运动中，右前轮（Rf）转向角变化值变化值在0°～0.1°，而左前轮（Lf）转向角变化呈线性趋势，变化值在-0.2°～0.1°。叠加后转向角变化值为-0.2°～0.2°，正常叠加转向角变化值应为0°。

图3为转向简图，当方向盘转动一定角度b，转向轮左右随动同时偏转a，进而实现转向，其中b与a的关系与转向传动比有关。同理，若让转向轮同向偏转a，则方向盘处也会相对转动b。正因为该车辆过减速带时左右转向轮偏转角度方向一致，进而导致方向盤偏转，进一步反馈到驾驶员手上。

4 问题解决

与车轮转向角变化有关的底盘件主要有两个：转向横拉杆与下摆臂。又该车四轮定位在设计范围内，故对转向机安装位置进行检查。通过对实车转向机安装点位置z向厚度进行测量，对比发现右侧安装点z向比左侧高出2mm左右，所以转向机安装位置的尺寸超偏差是导致此次问题的主要原因。又因转向机安装于副车架，副车架安装于车底，车底与副车架安装位置、副车架与转向机安装位置的偏差叠加会导致转向机安装位置尺寸超偏差。

使用ADAMS仿真软件进一步确认具体差值，通过模拟调整转向机右侧安装位置，发现z向垫高2.5mm后，同向轮跳仿真的曲线趋势与实际试验结果相近，见图4。

由于副车架与车身安装点无法变动，所以对该车辆转向机右安装点与副车架接触位置z向削薄约2.5mm后，再次进行同向轮跳试验，试验曲线结果如图5所示，可见同向轮跳转向角变化曲线基本对称。最后进行实车路试，低速过减速带后方向盘打手现象消失，由此问题解决。

5 结论

本文以某车辆前轮同时过减速带时出现方向盘打手问题作为研究，通过悬架K&C试验台查找问题主要来源，并使用ADAMS仿真软件再现曲线得出具体的问题解决方案，最后重新进行K&C试验及路试确认问题是否解决。悬架K&C试验台的多种试验工况可以反应和解决各种与底盘悬架相关的问题。

参考文献

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