转向盘摆振解决方案，汽车NVH技术解析

车轮的横向振动是引起转向盘摆振的因素之一，利用式x=x₀sinωt来表达车轴的横向振动。它是由悬架歪斜变形引起的车轴横振，原因是车轴系承受了周期性的变动外力。这个外力的一部分使车轴产生横向的振动，并不断地增加振动的运动能量。残余的力使轮胎和路面之间产生横向滑动，产生多余的摩擦力。在这个力的作用下，车轴产生横摆振动，横摆振动角为ϕ。这个横摆振动类似于车轮颤振，该振动和车轮的陀螺振动耦合，导致了车轮的不规则跳动。

车轮出现颤振现象的原因是路面左右两端不对称，给车轮提供了一个周期性冲击力，这个周期冲击力一旦和振动系的固有频率一致，将引起共振，出现明显的振动现象。

原因虽然简单，但是车轮和控制其方向的转向机构之间，振动传递的原因则十分复杂。如图20-1所示，前车轴通过悬架和转向机构中的各种杆件等弹性元件和车架连接在一起，组成了复杂的振动系统。

即使是在平坦路面上，轮胎和路面之间也经常存在滑动，引起附加的摩擦阻力。这种摩擦现象并非一成不变，在出现附加摩擦力时，也同时出现了自激振动源，使轮胎相对于车轮中心，或相对于车轴中心，存在一个不断变化的力矩。这也是引起前车轮颤振的主要原因。

图20-1 车轴及悬架的振动

即使不是共振状态，外力影响过大，也会产生较大的强迫振动。如上所述，转向摆振的原因是轮胎和路面之间的横向滑动，所以轮胎的横向弹性影响不可忽视。

图20-2 颤振及其波状现象(www.xing528.com)

此外，轮胎质量不均匀，造成车轮几何尺寸的失圆。这些因素和波状路面的不整齐因素一样，都是轮胎不规则跳动并最终导致转向盘摆振的原因。假设左右车轮直径仅仅相差1/500，经过250次旋转，左右车轮将出现相位一致的上下跳动，车轮再经过250次旋转，左右车轮的不平衡部分上下相反，相位差达到了180°，这时作用在车轴上的最大强迫力，是使车轴产生颤振振动的力。如上所述，随着颤振强迫力的周期性大小变化，将产生起伏波状的振动现象，如图20-2所示。

上述不平衡车轮的转速，一旦和转向系颤振的固有频率一致，将产生明显的转向系颤振现象。然而，转向系的颤振和上述的起伏振动相比，周期相差极大。

为了防止出现转向盘摆振，应该避免和轮胎的陀螺振动耦合。最有效的手段如图20-3所示，将前轴分成左右两段，分别采用独立悬架支撑，这样能将车轴颤振降低到最小。虽然这样还不能达到完全隔断耦合振动，防止转向盘摆振，但也能大幅度地减少转向盘摆振发生的概率。

图20-3 独立悬架

大体来说，这种振动的周期和没有车轮陀螺振动耦合的周期相近。所以会和单纯的颤振多少有一些差异，原因在于车辆行驶速度不同，车轮的陀螺作用也有差异，另一个原因是，转向系中掺杂了转向零件的弹性影响。

引起转向盘摆振的强迫力随车速而变，在达到某车速之前，该强迫力逐渐增大，达到最大值之后，又随车速的增加而逐渐减小。所以当强迫激励达到最大值时，摆振的固有频率和车轮转速达到了一致，摆振幅度最大。这种振动的影响，在低车速行驶时是负的。因为低速行驶时，吸振作用较强。车辆试验结果表明，这个影响正负分界点在较低频率处很明显。随着车轮重量的增加，轮胎容易歪斜，振动频率将下降。采用低压轮胎、四轮制动，会导致前轮变重，转向摆振容易辨认。

分析上述现象时，采用了大量的假设，以便简化问题。尽管如此，问题依然显得十分复杂。在实际解决这类问题时，考虑到转向机构中存在弹性连接，又存在吸振隔振因素，一般通过实际驾驶车辆，调整这种振动的大小和相位差，力图降低振幅，这是解决问题的捷径。