﻿ 基于灵敏度分析的某轻卡方向盘怠速抖动治理研究 Research on Idle Jitter Control of a Light Truck Steering Wheel Based on Sensitivity Analysis

Open Journal of Acoustics and Vibration
Vol.05 No.03(2017), Article ID:21885,7 pages
10.12677/OJAV.2017.53007

Research on Idle Jitter Control of a Light Truck Steering Wheel Based on Sensitivity Analysis

Yue Zhang1, Kexin Niu2, Huibin Li1

1School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing

2Beiqi Foton Motor Co., Ltd., Beijing

Received: Aug. 8th, 2017; accepted: Aug. 22nd, 2017; published: Aug. 31st, 2017

ABSTRACT

The steering wheel of a light truck has a jitter problem in the idle condition. We used modal test to analyze the jitter reason under idle condition. It is found that the modal frequency of the steering wheel is close to the second order ignition frequency of the engine so the resonance of the steering wheel appears. In order to reduce the steering wheel vibration, we combined with the finite element analysis method and sensitivity analysis method. We adjusted the structure of the steering wheel and the thickness of the instrument panel beam to optimize the structure, thereby changing the natural frequency of the steering wheel. Measures works and the natural frequency was far from the second order ignition frequency of the engine. Finally, the effectiveness and rationality of the improvements were verified through tests.

Keywords:Steering Wheel, Sensitivity Analysis, Modal Analysis, Idling Vibration

1北京理工大学机械与车辆学院，北京

2北京福田汽车股份有限公司，北京

1. 引言

2. 转向系统模态分析及摸底试验

2.1. 转向系统有限元模态分析

2.2. 试验模态分析

2.3. 振动测试试验

Table 1. Modal parameters and modes of steering system

Figure 1. Curve: (a) sensor layout diagram of steering system; (b) the third modes of steering system by hammer test (25.13 Hz)

Figure 2. Curve: vertical acceleration signal diagram on the 12 point of the steering wheel

3. 方向盘抖动原因分析及改进方案

3.1. 方向盘抖动原因分析

(1)

3.2. 方向盘灵敏度分析

3.3. 改进方案

3.3.1. 方向盘结构优化

3.3.2. 加粗仪表台横梁

Table 2. Different parts of the steering wheel sensitivity table

Figure 3. Curve: system result of standard experiment

mm，外径为45 mm，优化后的仪表台横梁内径为40 mm，外径为50 mm。对改进后的方向盘，并加粗横梁后的转向系统进行有限元模态分析，转向系统的第三阶模态频率由25.89 Hz提升至31.01 Hz，相对原始状态提升了19.8%，振型如图4(b)所示，第三阶频率有了更加明显的提升，可以减小共振现象。

4. 改进后试验验证

4.1. 方案一试验验证

Figure 4. Curve: (a) the third-order natural frequency after improving the steering wheel (27.17 Hz); (b) the third-order natural frequency after improving the steering wheel and the pipe (31.01 Hz)

Table 3. Modal parameters and acceleration valid values test results

4.2. 方案二试验验证

5. 结论

1) 针对该轻卡方向盘抖动的问题，本文采用锤击试验和有限元分析方法，定量分析与定性分析相结合，找到了方向盘抖动的原因是发动机怠速工况二阶点火频率与方向盘第三阶固有频率接近，引发了共振现象。

2) 为了改善方向盘的抖动，对转向系统各部位进行厚度的灵敏度分析，确定对转向系统第三阶固有频率影响较大部位，并进行板件厚度优化和密度优化，确定两种改进方案。

3) 最终通过试验验证了方案二可以更好地改善方向盘的抖动。本文的研究成果可以应用在方向盘减振等研究中，为其他车型的减振提供参考。

Research on Idle Jitter Control of a Light Truck Steering Wheel Based on Sensitivity Analysis[J]. 声学与振动, 2017, 05(03): 45-51. http://dx.doi.org/10.12677/OJAV.2017.53007

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