白金川
(黃河水利委員會水文局,河南 鄭州 450004)
而汽車怠速方向盤振動的控制一直是人們所關(guān)注的話題,汽車車體或者相應(yīng)部件的震動將有可能導(dǎo)致車內(nèi)固定的部件以及線路、保險絲、繼電器、電機等損壞。所以對汽車怠速方向盤振動進行有效控制研究,對確保駕駛?cè)藛T的安全有重要的意義。
出現(xiàn)汽車怠速方向盤振動的原因,可從三個角度進行分析,首先可從激勵源激勵頻率的角度進行分析,發(fā)動機產(chǎn)生激勵源是在往復(fù)慣性力的作用下引起,大多數(shù)情況下,都是以點火階次為主。一般情況下,乘用車發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速都是在600-100r/min 這個范圍之內(nèi),四缸發(fā)動機的激振平率則在25Hz 左右。至于冷卻風(fēng)扇激勵,則是在力不平衡的作用下所形成,以基頻為主,乘用車冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與乘用車發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速相比,其轉(zhuǎn)速要高得多,最多是在1 200-2 400r/min 這個范圍之內(nèi),激勵頻率則 為30Hz 左 右[1]。
其次,從方向盤振動傳遞路徑的角度進行分析,路徑主要有傳動系統(tǒng)、發(fā)動機懸置系統(tǒng)以及排氣系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)是發(fā)動機產(chǎn)生振動向轉(zhuǎn)向節(jié)進行傳遞,經(jīng)過轉(zhuǎn)向器等傳動到轉(zhuǎn)向柱,再到方向盤;發(fā)動機懸置系統(tǒng)先是傳遞到車架或是車體中,再向方向盤傳遞;至于排氣系統(tǒng)則是發(fā)動機振動通過排氣系統(tǒng),傳遞到車身,從而造成方向盤產(chǎn)生震動。一般情況下,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度受到向支撐梁系剛度、轉(zhuǎn)向柱系剛度這兩者的影響巨大,幾乎可以決定其剛度的大小,當安置在方向盤的安全氣囊質(zhì)量較小時,轉(zhuǎn)向支撐梁與方向盤之間距離會有多間斷,其越短越好,轉(zhuǎn)向支撐梁與轉(zhuǎn)向柱上下安裝點,這兩者之間的距離則越大越好。
解決汽車怠速方向盤振動的有效方式是對發(fā)動機的怠速目標轉(zhuǎn)速進行適當?shù)恼{(diào)整,對不同轉(zhuǎn)速環(huán)境下的方向盤振動進行測試,試驗時,將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速控制在750~960r/min 之內(nèi),對每個轉(zhuǎn)速方向盤的振動情況做觀察,通過觀察可了解到,當發(fā)動機轉(zhuǎn)速不超過855r/min 時,方向盤的振動并不大,大于855r/min時,則出現(xiàn)很大的振動,當轉(zhuǎn)速到達925r/min,方向盤已出現(xiàn)共振現(xiàn)象。因此,為了控制汽車怠速方向盤振動,只要將發(fā)動機怠速目標轉(zhuǎn)速控制在855r/min 以下,就能避免汽車方向盤出現(xiàn)明顯的振動[2]。但是,發(fā)動機的轉(zhuǎn)速若是降低,必然會對汽車的性能造成一定的影響,為了解決這一問題,需要將前進擋的怠速目標轉(zhuǎn)速控制在850r/min。
通過控制發(fā)動機的怠速目標轉(zhuǎn)速來避免汽車怠速方向盤振動,是一個理想的方法,但是,發(fā)動機怠速目標轉(zhuǎn)速的降低,又會引起其他的問題,因此,最好的辦法就是將其轉(zhuǎn)速設(shè)置為850r/min,可保證汽車的性能之外,又可控制汽車怠速方向盤的振動。
通過傳動系統(tǒng)傳遞路徑進行汽車怠速方向盤振動的控制,是采用驅(qū)動軸萬向節(jié)來降低發(fā)動機所產(chǎn)生的激勵力,原車驅(qū)動軸移動節(jié)是六球DO 型萬向節(jié)的結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具有很大的阻力,如此大的阻力,不可對發(fā)動機所造成的振動進行控制。但是,可通過采用三銷GI 型萬向節(jié)來解決這問題,三銷GI 型萬向節(jié)的阻力比較小,完全滿足汽車的相關(guān)要求。使用GI 型萬向節(jié)驅(qū)動軸達到降低方向盤振動的效果,駐車擋明顯下降,前進擋的時候有所降低,前進擋可采用驅(qū)動軸GI 型的方式,或是降低發(fā)動機目標轉(zhuǎn)速的方式,來保證振動效果,但是,這樣方式卻得不到認可。將這兩種方式相結(jié)合進行測試,當最大振動頻率時,振動值下降至0.08g,振動在允許的范圍之內(nèi),但是駐車擋時,會影響到汽車的性能,此時又不可調(diào)整發(fā)動機目標轉(zhuǎn)速,因此,需要對驅(qū)動軸萬向節(jié)進行完善,完善之后,振動依然比較大,需要進行進一步的控制工作,才可達到理想的振動氛圍。
采用傳動系統(tǒng)傳遞路徑的方式來控制汽車怠速方向盤振動,主要是采用三銷GI 型萬向節(jié)進控制,但是在其他方面還需要進行改進,才可達到理想的振動狀態(tài)。
轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)剛度較弱的主要原因是柱筒上軸承、轉(zhuǎn)向柱這兩者進行安裝時,這兩部位存在面積較大的缺口,由此造成剛度下降。因此,需要在轉(zhuǎn)向柱優(yōu)化現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)上進行改進。進行模態(tài)實驗,可知,若是方向盤的一階垂直彎曲模態(tài)頻率處在33.8Hz左右,與原來的狀態(tài)相比,明顯提高了很多。經(jīng)過對駐車擋方向盤的振動進行測試,可知,若是只從轉(zhuǎn)向柱入手,將其加強,那么,振動峰值就會有所降低,但是,即便是降低之后,振動依然不理想,還是處于偏大的狀態(tài)[3]。此時,可將驅(qū)動軸節(jié)型進行改造,將其改造為GI 型,或是適當加強轉(zhuǎn)向柱,這兩種方法都可使方向盤振動得到改善。把前進擋發(fā)動機怠速目標轉(zhuǎn)速調(diào)低,驅(qū)動軸節(jié)型設(shè)計為GI 型,適當加強轉(zhuǎn)向柱結(jié)構(gòu),這三個方法都可將汽車方向盤怠速振動控制在合適的范圍之內(nèi)。
從系統(tǒng)的角度著手,進行汽車怠速方向盤振動的控制工作,是一個比較理想的方法,對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模態(tài)進行試驗,可找到系統(tǒng)剛度最弱的位置,以此為根據(jù)進行系統(tǒng)的優(yōu)化。
進行汽車怠速方向盤振動控制有利于行車的安全,可從三個角度著手進行控制,使方向盤振動控制在一定的范圍內(nèi),對駕駛員不造成影響。
[1]盧曦,周萍,孫躍東等.汽車等速萬向節(jié)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機械設(shè)計與制造,2011,18(20):158.