摘要：針對某MPV轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤怠速抖振過大的現(xiàn)象，采用模態(tài)試驗技術(shù)得到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率，找到了產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率和發(fā)動機怠速時的振動激勵頻率接近，從而引起了方向盤的過大振動。文章采用增大CCB管梁長度的方法，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行優(yōu)化，再將優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)重新進行模態(tài)分析，最終達到了減震的目的。關(guān)鍵詞：MPV；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；模態(tài)分析前言汽車 NVH 性能與整個汽車系統(tǒng)均有關(guān)聯(lián)，權(quán)威機構(gòu)J.D.power評估汽車質(zhì)量指標(biāo)中有三分之一與汽車 NVH 性能相關(guān)，因而必須從全局的角度對汽車振動和噪聲進行控制，汽車 NVH 性能是汽車開發(fā)的重點和難點。[1]車輛在行駛的時候，如果來自發(fā)動機運轉(zhuǎn)、不平坦路面等各種振動源的激勵頻率接近或達到了車身結(jié)構(gòu)局部或整體的固有頻率，車輛便產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而產(chǎn)生強烈振動和巨大的噪聲，如果嚴(yán)重甚至?xí)砥茐男缘暮蠊?。汽車方向盤與駕駛員直接接觸，其振動特性將直接影響駕駛員的駕駛安全和駕駛體驗，是體現(xiàn)汽車NVH品質(zhì)的重要因素之一。來自路面以及發(fā)動機的激勵能量通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接傳輸?shù)椒较虮P，直接引起方向盤振動。同時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、發(fā)動機、懸置系統(tǒng)和車體結(jié)構(gòu)等均對方向盤振動有影響。進行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，保證汽車具有良好的NVH品質(zhì)，成為各汽車廠家和科研機構(gòu)最為感興趣的工作。[2-3]本文針對某MPV車型在設(shè)計階段通過對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行模態(tài)分析，考察其NVH性能，將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)頻率與發(fā)動機怠速激勵頻率避頻。對比目標(biāo)值判斷其是否滿足模態(tài)設(shè)計要求，并進行優(yōu)化設(shè)計，獲得了滿意的結(jié)果。1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學(xué)特性試驗1.1模態(tài)測試基本原理具有n自由度的運動系統(tǒng)，其振動微分方程可描述為：

式中：［M］、［C］和［K］分別為系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣；x（t）和f（t）分別為系統(tǒng)的位移向量和外界對系統(tǒng)的激勵向量。對上式兩邊進行傅里葉變換，有：

式中H(ω)為頻響函數(shù)矩陣。在j點激勵在I點測量響應(yīng)的頻響函數(shù)可表示為：

式中：Mi為模態(tài)質(zhì)量；Ci為模態(tài)阻尼；Ki為模態(tài)剛度；Φi為各階模態(tài)振型。測試中為了減小共振附近處的噪聲，可通過功率譜密度函數(shù)來求得系統(tǒng)的頻響函數(shù)，即

式中：Gyy(ω)為輸出的自動率譜；Gxy(ω)為輸入輸出的互功率譜。1.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)測試實驗時，首先考慮方向盤、轉(zhuǎn)向柱各自本體固有振動屬性，然后將方向盤和轉(zhuǎn)向柱看作一個系統(tǒng)，考察系統(tǒng)的固有振動屬性。測試方向盤和轉(zhuǎn)向柱各自本體固有振動屬性時，試件支撐方式才有橡皮筋懸掛支撐，這可以保證試件的剛體模態(tài)頻率低于其自身彈性頻率的1/ 10。綜合考慮附加質(zhì)量影響和試驗效率，測試過程中以兩個三向加速度傳感器為一組每隔兩點進行拾振，為消除噪聲干擾，采用4次平均以保證相干函數(shù)和傳遞函數(shù)質(zhì)量。方向盤平面布置10個測點，方向盤安裝孔所屬結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)布置5個測點，一共15個測點。坐標(biāo)系選取以方向盤平面的法向為Z方向，X和Y方向由右手定則確定。激勵點選取了兩處，一處位于方向盤回正時的12點鐘方向位置，激勵方向為-Z方向，另一處位于連接的過渡斜面上，激勵方向為XY平面內(nèi)斜45度方向。轉(zhuǎn)向管柱自身所在圓柱視作桿件，桿的長度方向布置4個測點，管柱側(cè)邊結(jié)構(gòu)同樣布置4個測點。坐標(biāo)系的選取以管柱長度方向為Z向，根據(jù)右手定則定義另外兩方向。三向加速度響應(yīng)傳感器布置在轉(zhuǎn)向管柱的最頂端，力錘激勵敏感方向，得到這敏感方向的傳遞函數(shù)。方向盤與轉(zhuǎn)向柱組件模態(tài)測試，為了能準(zhǔn)確的獲得方向盤與轉(zhuǎn)向柱組件在駕駛室內(nèi)約束狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)，選取方向盤12點鐘、3點鐘、6點鐘以及9點鐘作為加速度傳感器的布置點，在轉(zhuǎn)向柱上選取了4個能反應(yīng)其形狀的四個點，在這四個點上分布布置加速度傳感器。［4］2 分析內(nèi)容2.1 模型描述車身模型接收時間為2015.1.25，其中轉(zhuǎn)向管柱沿用某在產(chǎn)車型A，方向盤總成借用某在產(chǎn)車型B，詳見表1，約束車身截面處所有自由度，如下圖1。

2.2 分析結(jié)果下面列舉模態(tài)分析結(jié)果和主要的模態(tài)振型圖：

該MPV的發(fā)動機怠速激勵頻率為25Hz,根據(jù)目標(biāo)值要求，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一階模態(tài)頻率應(yīng)該避開發(fā)動機怠速激勵10Hz以上，而分析顯示一階模態(tài)頻率為33.66Hz，因此，此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)不符合設(shè)計要求。2模態(tài)分析結(jié)果（1）M331轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一階模態(tài)頻率為33.66Hz，不滿足與發(fā)動機怠速激勵（25Hz）避頻 10Hz以上的目標(biāo)要求，因此，此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)不符合設(shè)計要求。

（2）由分析結(jié)果可知，NC數(shù)模轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)較SE數(shù)模有較大提升，但仍然未達到目標(biāo)值，需要進一步優(yōu)化。

根據(jù)以上計算結(jié)果可知，采用優(yōu)化方案后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)達到目標(biāo)值，符合設(shè)計要求。3 結(jié)論通過對該MPV車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模態(tài)分析，并就行了優(yōu)化設(shè)計，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的Y 向一階彎曲固有頻率避開了怠速工況下發(fā)動機激勵頻率，同時知道了車體、轉(zhuǎn)向管柱安裝支架、CCB管梁等零件對該MPV轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模態(tài)影響，為后續(xù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化、車身內(nèi)飾等的設(shè)計提供了依據(jù)。作者：王家軍，王鋒作者單位：（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽合肥 230009）

來源：汽車實用技術(shù)