方向盘振动分析与优化报告_0907

方向盘振动分析与优化报告同济大学2010年9月1日1方向盘振动摸底试验1.1试验目的通过试验测量方向盘在各个工况下的振动大小，了解并量化方向盘振动的特性，找出振动的问题峰值，确定优化的目标频率。1.2试验方法通过在方向盘上安装一个三向加速度传感器来测量方向盘振动信号。传感器安装于图1所示坐标系原点位置，坐标系选择如图1所示。所测量工况有怠速、2档和3档以及最高档加速工况、高速巡航工况（60km/h~120km/h，每隔10km/h，此外增加95km/h和105km./h）、滑行工况（slidup、sliddown、coastdown）。图1方向盘振动分析坐标系示意图1.3方向盘振动试验数据分析结果通过对摸底试验得出的数据作分析，得出以下两个主要的结论：1.3.1在所有工况下，Z向的振动都比其它两个方向的振动要严重。如下面两图是怠速工况下方向盘三个方向的振动信号在频域的对比。0.0090.00HzSW_y:+Y(CH12)0.000.18Amplitudeg0.001.00Amplitude
26.2179.9853.980.087.63e-3198e-6FAutoPowerSW_x:+XFAutoPowerSW_y:+YFAutoPowerSW_z:+Z图2怠速工况方向盘振动频谱图1.3.2方向盘振动峰值主要集中在20-106的频率范围内。在所有工况的振动峰值里，110km/h(28Hz),105km/h(28Hz),70km/h(38Hz)的振动是最严重的；而怠速工况的使用频率比较高，其峰值（26Hz）也很重要；60，80，120km/h的32Hz振动也是很明显的。20.00106.00Hz0.000.60Amplitudeg0.001.00Amplitude
28.2137.95FAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\60kmh1Tp1\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTimeFAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\70kmh1Tp2\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTimeFAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\80kmh1Tp1\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTimeFAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\90kmh1Tp1\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTimeFAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\95kmh1Tp1\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTimeFAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\100kmh1Tp1\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTimeFAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\105kmh1Tp1\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTimeFAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\110kmh1Tp1\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTimeFAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\120kmh1Tp1\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTimeFAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\coastdown1Tp1\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTimeFAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\coastdown2Tp1\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTimeFAutoPowerSW_z:+ZF:\zhulinsen_youcandeletethisfolderifyouneedto\新建文件夹\NAVECO_A36_modify1_100812\tp\IDLE1Tp1\Trackedprocessing\Fixedsampling\StationaryTime图320至106Hz方向盘振动频谱峰值图25.0040.00Hz0.001.60Amplitude(g2/Hz)0.001.00Amplitude
38.0028.9527.6526.6426.7FPSDSW_z:+ZFPSDSW_z:+Z(1)FPSDSW_z:+Z(2)FPSDSW_z:+Z(3)图4110km/h(28.95Hz),105km/h(27.65Hz),70km/h(38Hz),怠速（26.64Hz）方向盘振动频谱图25.0040.00Hz0.000.22Amplitude(g2/Hz)30.0034.00Amplitude
31.2831.4932.7829.9FPSD60kph:+ZFPSD80kph:+ZFPSD120kph:+Z图560、80和120km/h工况下30Hz附近峰值2方向盘模态试验2.1试验目的通过试验确定方向盘在安装状态下的固有频率，以判断是否有共振现象导致方向盘的振动问题。从摸底试验的结果可以看出，方向盘振动的问题主要是Z向振动比较大，因此模态试验的目的是测量方向盘在Z向振动的固有频率。2.2试验方案在台架车上，安装状态下，沿方向盘外沿布置8个加速度传感器，于方向盘正中布置一个，方向均为Z向。用力锤在图6所示位置敲击，测量方向盘的加速度响应，以此分析出方向盘在Z向振动的固有频率。图6方向盘模态试验2.3试验结果通过对模态试验所得数据进行分析，得出方向盘Z向的固有频率如表1所示。与摸底试验结果对比，可以发现，方向盘Z向第1、2阶的固有频率均与问题频率接近，图4中黑粗竖线表示方向盘Z向第1阶的固有频率，图5中黑粗竖线表示方向盘Z向第2阶固有频率。从模态试验结果可以看出，方向盘在固有频率下的共振是导致方向盘振动的原因之一。尤其是方向盘Z向一阶频率与发动机怠速下的二阶频率非常接近，极易被激发出来。表1方向盘Z向固有频率阶次频率126.7229.9348.6461.15100.23转向系统仿真模态分析3.1转向系统仿真模态分析目的通过对转向系统作仿真模态分析，可以找出在模态频率下，转向系统发生较大应变的区域，这表示在该区域转向系统的刚度不够。针对该区域的结构加强将能够增加其刚度，提高该阶模态的固有频率，并进而与激励信号的频率错开，避免结构的共振，降低方向盘的振动响应。3.2传真计算结果通过对转向系统建立有限元模态，计算出其在前两阶模态下的应变，如图7与图8所示。可以看出，主要的变形发生在转向管柱与方向盘连接的一段，以及轮辐支撑杆上。这也是需要加强的地方。图7第一阶模态振型图图8第二阶模态振型图4优化方案的提出在摸底试验中我们确定了方向盘振动的问题，又通过方向盘的模态试验找出了其固有频率，发现存在模态频率下的共振现象。又通过传真分析，确定了转向管柱与方向盘连接的一段，以及轮辐支撑杆是需要加强刚度的地方。因此我们提出如下的优化方案：转向管柱近方向盘段半径增加2mm（如图所示）；轮辐支撑杆半径增加4mm左右（如图。图9转向管柱改进图10轮辐支撑杆改进5优化方案效果预测在传真模型中实现优化方案，计算其对于提高转向系统固有频率的效果。计算结果如表2所示。表2固有频率提高效果预测第一阶频率提高量（Hz）第二阶频率提高量（Hz）转向管柱改进0.81.7轮辐支撑杆改进2.24转向管柱改进+轮辐支撑杆改进3.46.8