洪嘉琪

某商用車方向盤NVH模態(tài)性能仿真優(yōu)化研究

洪嘉琪

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330001）

方向盤是商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵部件，對整車NVH性能有重要影響，文章針對某商用車方向盤基礎(chǔ)方案和兩個優(yōu)化方案進行了模態(tài)CAE研究，CAE分析結(jié)果表明，此商用車優(yōu)化方案NVH模態(tài)性能滿足目標(biāo)要求。

商用車；方向盤；模態(tài)

1 引言

隨著國家經(jīng)濟高速發(fā)展，人民的生活水平日益提高，商用車銷量也得到快速發(fā)展，與此同時，人們對于整車NVH品質(zhì)要求也越來越高。方向盤是駕駛員通過肢體直接接觸的汽車部件，方向盤的振動特性對駕駛員的安全行駛有著直接影響，同時方向盤的振動會直接反饋給駕駛員，如果振動過大，不但會降低整車NVH性能，而且會對汽車的正常行駛，操穩(wěn)性能和平順性產(chǎn)生重要影響[1-2]。故研究傳動軸NVH模態(tài)性能具有重要的價值和意義。

本文研究源于某商用車新開發(fā)方向盤系統(tǒng)，需確保其NVH模態(tài)性能滿足設(shè)計目標(biāo)要求，通過有限元方法，基于Nastran軟件，對某商用車方向盤基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案進行了CAE模態(tài)分析，CAE分析結(jié)果表明此商用車方向盤優(yōu)化方案NVH模態(tài)性能避開了發(fā)動機怠速共振頻率，性能滿足目標(biāo)。

2 方向盤基礎(chǔ)方案CAE模態(tài)分析

2.1 模態(tài)分析理論

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)固有模態(tài)頻率及振型是分析結(jié)構(gòu)振動特性基礎(chǔ)，通過模態(tài)分析可確定結(jié)構(gòu)的振動特性[3]。

方向盤的振動方程為[3]：

2.2 方向盤有限元模型

本文采用有限元軟件Hyperworks對某商用車方向盤基礎(chǔ)方案進行了建模，網(wǎng)格大小為4mm，方向盤骨架材質(zhì)為鎂鋁合金，發(fā)泡材料為聚氨酯，模型中采用一維Mass單元模擬，帶駕駛室的方向盤基礎(chǔ)方案有限元模型如圖1所示。

圖1 某商用車方向盤基礎(chǔ)方案FEA模型

2.3 方向盤CAE模態(tài)分析

本文分析了某商用車方向盤基礎(chǔ)方案傳動軸自由模態(tài)，CAE分析結(jié)果如圖2所示，一階X向前后擺動模態(tài)頻率為40.9Hz，二階Y向橫向擺動模態(tài)頻率為32.1Hz，三階Z向振動模態(tài)頻率為53Hz，與發(fā)動機四階38Hz存在潛在共振風(fēng)險。

3 方向盤優(yōu)化方案模態(tài)分析

3.1 方向盤優(yōu)化方案

本文對某商用車方向盤系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化方案opt1骨架為鋁合金材質(zhì)，優(yōu)化方案opt2輪緣為鋼材質(zhì)，輪輻為鋁合金材質(zhì)，如圖3所示。

圖3 方向盤優(yōu)化方案

3.2 方向盤優(yōu)化方案CAE模態(tài)分析

本文對某商用車方向盤優(yōu)化方案opt1進行了自由模態(tài)分析，得到如圖4分析結(jié)果，一階X向前后擺動模態(tài)頻率為40.5Hz，二階Y向橫向擺動模態(tài)頻率為30.7Hz，三階Z向振動模態(tài)頻率為57.3Hz，改善效果較好。

本文對方向盤優(yōu)化方案opt2進行了自由模態(tài)分析，得到如圖5分析結(jié)果，一階X向前后擺動模態(tài)頻率為40.3Hz，二階Y向橫向擺動模態(tài)頻率為30.6Hz，三階Z向振動模態(tài)頻率為57.2Hz，改善效果最好，匯總結(jié)果如表1。

表1 方向盤模態(tài)分析結(jié)果表

3.3 方向盤CAE_IPI分析

本文對方向盤系統(tǒng)三個方案進行了IPI分析，在方向盤12點方向施在1N載荷，在方向盤6點方向觀測響應(yīng)結(jié)果，得到圖6分析結(jié)果，由圖可知，Opt2方案振動響應(yīng)幅值最小，優(yōu)化效果最好。

4 結(jié)論

本文基于NASTRAN有限元仿真分析軟件，對某商用車方向盤基礎(chǔ)方案和兩個優(yōu)化方案進行了CAE模態(tài)和IPI分析，結(jié)果表明：

（1）基礎(chǔ)方案一階X向前后擺動模態(tài)頻率為40.9Hz，二階Y向橫向擺動模態(tài)頻率為32.1Hz，三階Z向振動模態(tài)頻率為53Hz，與發(fā)動機四階38Hz存在潛在共振風(fēng)險。

（2）優(yōu)化方案通過調(diào)整方向盤骨架和輪輻材質(zhì)，模態(tài)頻率得到優(yōu)化，改善效果顯著，此商用車方向盤優(yōu)化方案NVH模態(tài)避開了發(fā)動機怠速頻率，滿足設(shè)計目標(biāo)。

[1] 趙榮燦.某SUV高速行駛下方向盤振動分析與減振措施[D]河北:燕山大學(xué),2018.

[2] 徐小劍.基于ABAQUS的汽車方向盤模態(tài)仿真與試驗分析[J]上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2019,12(1):12-16.

[3] 王銳,蘇小平.汽車副車架強度模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].機械設(shè)計與制造,2014,35(4):46-58.

Simulation and Optimization of Nvh Modal Performance of a Commercial Vehicle Steering Wheel

Hong Jiaqi

( Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )

The steering wheel is a key component of the steering system of commercial vehicles, which has an important impact on the NVH performance of the vehicle. In this paper, the modal CAE research is carried out for the basic scheme and two optimization schemes of the steering wheel of a commercial vehicle. The results of the CAE analysis show that the NVH modal performance of the optimized scheme meets the target requirements.

Commercial vehicle; Steering wheel; Modal performance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.026

U467

B

1671-7988(2021)04-84-03

U467

B

1671-7988(2021)04-84-03

洪嘉琪，就職于江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心。