前轮发摆与车架设计的关系（修改稿）

晓晓

雪铁龙C2 60公里每小时时 车子后部有过减速带的声音。。。为什么

拾穗者

        （说明：本文曾在其它论坛发过，这次发出时作了修改和补充。）
        多年来，前轮发摆问题一直困扰着汽车人，与之相关的论文年年都在发表，其观点也各不相同，有人认为与前轮定位参数有关，有人认为与转向系统磨损有关，也有人认为是和悬架与转向系统的运动干涉有关，……，总之多数人都认为发摆的影响因素众多，问题相当复杂。下面试图用基本的力学原理对前轮发摆现象进行简要分析，希望与同行交流、讨论。
        多年前，在使用北京牌BJ130型载货汽车（旧型号，该车的前轴为钢管焊接的整体式前轴）底盘改装双排座车和客车的过程中，遇到过两种完全不同的发摆现象，一种发生在车速20至30千米/小时时，但不是每到这种车速必摆，它的摆幅大，至使整个汽车前部都随之左右晃动，频率低，更换车轮不能解决（当年对这种车的车轮没有进行动平衡），将前轴总成拆下后用自制的简易不解体检测工具检查，发现左右主肖后倾角不相等，相差了0.7度（是以两钢板托的公共平面为基准面检查的），这种车遇到过两辆，检查结果相同，对这种发摆现象的解释本人至今没有想清楚，有兴趣的同行可共同来分析一下；另一种发摆现象遇到相当多，大多发生在车速55至65千米/小时左右，方向盘上有明显振感，它每到这种车速必摆，摆幅小，频率高，一般更换车轮可以解决，检查了大约30根前轴总成，主肖后倾角全部都没有问题，也就是说，两主肖中心线在同一平面内，且这个平面与两钢板托的公共平面垂直。目前，大家所讨论的前轮发摆多数是指的是后一种，以下的分析也是针对后一种发摆进行的。
        前轮发摆是一种共振现象，对此大家是有共识的。从简单的力学常识可知，产生共振的条件是：有一个周期性的作用力，这个力的大小应能克服振动过程中的阻力，这个周期性作用力的频率应和系统的自然频率相同或相近。在前轮发摆的过程中，周期性的作用力来自车轮的不平衡，它的大小决定于车轮的不平衡程度，振动的阻力主要来自转向传动系统各运动付的摩擦和系统的变形，还有一个力比较特殊，它是一个周期性的作用力，这个力与振动过程中系统变形与恢复的过程基本一致，这个力是因拖距的存在而产生的，它是车轮偏转时路面摩擦给予车轮的回位力，它在振动中的作用是减小了发摆过程中系统的变形；以上是发摆过程的受力情况，下面再对系统的自然频率进行分析，首先对上述车型进行计算，发摆时车轮的转速大致为7转/秒左右，这个频率是不算高的，于是再来找转向传动系统中刚度最差的地方（也就是自然频率最低的地方），稍加分析可知，转向传动系统中的各种杆多为二力杆，其拉伸和压缩变形的自然频率显然是相当高的（除非压杆不稳定），另一方面，转向传动系统中的各种臂其弯曲变形的自然频率也应当是相当高的，因此我们可以认为，在转向传动系统中，刚度最差的地方是车架与转向器的连接部位。上述分析表明：减小车轮的不平衡力可以避免前轮发摆，增加转向传动系统各运动付之间的摩擦阻力也可以避免前轮发摆，这就是通过维修暂时可以解决前轮发摆的原因，但这些措施的作用都很有限，个人认为最关键的问题是要提高车架与转向器连接部位的刚度，从而使转向传动系统的自然频率远远高于最高车速时的车轮转速，这样才能从根本上解决前轮发摆问题。对这一观点有如下事实可以支持：多年前，当国产载货汽车只有北京、跃进、解放、东风、黄河的时侯，曾接触过数千辆跃进底盘车，无一辆前轮发摆，在报纸、杂志上也未见过这种车前轮发摆的报导，当年前轮发摆说得最多的是北京车，解放车和东风车也有发摆的报导，黄河车有无发摆现已记不太清楚了，这一情况表明，设计是发不发摆的关键因素，至于维修保养，每种车在使用过程中都有状况好的时候和状况不好的时候，为此我们对不发摆的跃进车进行了研究，研究发现跃进车之所以不发摆是因为它的转向器总成与车架的连接部位刚好是在前横梁与左纵梁的连接处，该车前横梁上有发动机前支承和水箱架，而水箱架不仅要支承水箱，还是整个驾驶室的前支承，这一横梁断面尺寸相当大，刚性特别好，而转向器与左纵梁的连接又是利用上平面和侧平面两个面同时连接的，所以该部位的刚度是相当好的，个人认为这就是该车型不发摆的关键所在；另一个可以说明问题的情况是，十多年前，曾用两个厂生产的同一型号东风底盘改装客车，其中一个厂的底盘改装的客车前轮发摆，发摆这个厂的转向器只与纵梁的侧平面相连，将未装车身的底盘摆放在平地上，在转动方向盘时，能看到纵梁侧面有轻微的变形；而另一个厂的转向器是与纵梁的上平面和侧平面同时相连的，将未装车身的底盘摆放在平地上,在转动方向盘时，看不到纵梁有变形的情况，用该底盘装出的新车前轮不发摆。
        综上所述，因为前轮发摆是一种共振现象，所以它必须满足前面提到的共振的两个基本条件，因此解决前轮发摆问题也只能从这两个方面进行，一是从力的方面去解决，即平衡车轮和减少转向传动系的松动等，另一种方法是提高转向传动系统的自然频率，即增加车架与转向器连接部位的刚度，使其自然频率远高于最高车速时的车轮转速。很显然后一种方法可靠、简单、经济，有条件的同行不妨试一下。
        还有一个问题在此提一下，如果前轮在径向方面的不平衡量特大或前轮尺寸的径向跳动特大，由此造成了簧下质量相对车架发生共振，如果该车悬架与转向系统的运动干涉量也持大，理论上讲它有可能使前轮被动发摆，但实际情况却不太可能，一是车轮不平衡引起的前轴总成上下振动的量不可能有多大，把它换算成悬架与转向系统的运动干涉量就更小了，且前轮发摆时也没有感觉到车身上下振动，曾经遇到过干涉量较大的车，就是前面提到的不发摆的那一个厂的东风底盘装的客车，紧急制动时，在车即将停稳的时候，车轮突然偏转，造成方向盘猛转，但它前轮却不发摆，后经检测，这个车的悬架与转向系统的运动干涉量远远大于另一个前轮发摆的车，而另一个车紧急制动时方向盘却不猛转。
        以上只是个人见解，和主流观点不太一致，实际验证也还不十分充分，没有用同一台或同一种发摆车进行过这方面的试验，这里发出仅供参考。

longlegmen

总结一下：
    悬架和转向支撑件的刚度不足、悬架的或转向部分的固有频率和车架的振动频率接近、只是产生共振的根本原因。
合理的频率分布设计、已经CAE的分析对解决车辆的摆振很有效果。

fantasy922

这个问题比较专业