主销偏距对方向盘摆振的影响

高建光

摘 要：文章介绍了某车型车速110km/h左右时出现方向盘摆振的问题，通过对故障分析、排查，确认了根本原因，继而根据原因制定可行的对策，并通过实车测试验证来确认对策的有效性，最终消除了车速110km/h左右方向盘摆振问题。

关键词： 方向盘;摆振;主销偏距;轮辋偏距

Abstract： This paper introduces the steering wheel shimmy problem when the vehicle speed is about 110km/h， through fault analysis and troubleshooting， the root cause is confirmed， then feasible countermeasures are developed according to the reasons， and the effectiveness of countermeasures is confirmed through vehicle test and verification， finally the steering wheel shimmy problem was eliminated when the speed was around 110km/h.

Keywords： Steering wheel; Shimmy; King pin offset; Rim Setove

前言

方向盘摆振是车辆在一定速度行驶时驾驶员感受到方向盘周向振动或颤动（频率在10-20Hz之间）。摆振是由车辆驱动轴的车轮和轮胎的动不平衡量，径向或纵向的不均匀性引起的，继而激励悬架的纵向模态或垂向模态被放大，产生对转向器齿条的侧向作用力，最终导致方向盘摆振。当车轮和轮胎总成激励的频率与悬架转向系统的固有频率相近时，摆振幅度达到最大值。

1 故障

1.1 概述

在试验跑道对某变型车型试验车进行主观评价时，发现在水泥路面（路面较差）车速110km/h时方向盘会有摆振现象，在柏油平整路面较稳定。

1.2 原因分析

此故障车型是某量产车型的变型产品，底盘系统除轮胎总成外，其余零部件均沿用，且量产车型经过市场大量验证均无此方向盘摆振问题，随对两车型的轮胎总成进行对比：

经过对比排查，发现差异为轮胎由245 65 R17（轮辋偏距30mm）改为265 60 R18（轮辋偏距15mm），轮辋偏距减小了15mm，即轮胎安装面位置外移15mm，导致主销偏距增大15mm，加大了振动力臂，进而增大了路面-轮胎激励对方向盘的影响。

2 优化方案

2.1 整改措施

调研标杆、竞品车型的轮辋偏距，参数对比如下：

从上表可知：

a）标杆车型轮胎规格由255 70 R15升级到265 65 R17，轮胎进行了加宽加大，但其轮辋偏距、主销偏距未变动;

b）竞品车型轮辋偏距为40mm。

根据与标杆、竞品轮辋偏距、主銷偏距参数对比，及结合上述原因分析，确定优化方案，变型车型轮辋偏距由15mm改为30mm，主销偏距随之由40.3mm减小为25.3mm。

2.2 其它影响

设计之初，变型车型因轮胎由245 65 R17改为265 60 R18，轮胎进行了加宽、加大，如轮辋偏距不减小，轮胎安装面位置不变，在极限转角时，轮胎跳动包络与车架、横向稳定杆间隙均过小，有干涉风险。

现轮辋偏距改回原状态，即轮胎安装面位置与量产车型保持一致，为规避极限转角时轮胎跳动包络与车架等干涉风险，特调整转向器齿条行程，使车辆极限转角减小1°。

3 实车验证

在同一台变型车上验证前轮轮辋偏距15mm和30mm两种状态对方向盘摆振的影响，分别在车速110km/h时柏油路和水泥路上进行测试对比。

① 柏油路110km/h轮辋偏距15mm和30mm两种状态方向盘摆振测试：

② 水泥路面110km/h轮辋偏距15mm和30mm两种状态方向盘摆振测试：

从上图可知，发现在110kM/h时，方向盘Y向振动在13Hz附近存在明显峰值，X与Z向无此问题，所以Y向是方向盘摆振主方向。

车速110km/h时，轮胎半径0.376，轮胎转动频率为12.94Hz，轮胎转动频率与方向盘振动频率一致，确定方向盘摆振由路面-轮胎激励引起。

各工况Y向振动数据对比如下：

从图4、图5、表3可知：

a）110km/h车速时，柏油路面方向盘摆振明显弱于水泥路面工况;

b）110km/h车速、水泥路工况下，轮辋偏距15mm状态

Y向13Hz峰值最高达到0.53g，方向盘摆振明显;

c）110km/h车速、水泥路工况下，轮辋偏距30mm状态比轮辋偏距15mm状态的方向盘振动有较明显改善，Y项峰值由0.53g下降到0.28g。

4 总结

1）经以上分析、验证可知，主销偏距适当减小可降低地面冲击对方向盘的影响，有效控制方向盘摆振现象。

2）通过对比、排查、分析和标杆、竞品调研等，确定了车速110km/h时方向盘摆振问题原因和优化方案，经过实车对比、验证，确定优化方案有效，问题得以最终解决。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2] 汤瑞清，郭利.主销倾角与偏距对汽车悬架转向系的性能影响研究[J].机械工程与自动化，2017.