有关摆振的一些总结

jany0284

      为了便于大家学习交流，直接把东西贴出来了。有关摆振的一些总结，希望对大家有所帮助。

      摆振是指方向盘在特定的车速下发生的持续回转摆动或振动【1】。从根源上可以看成前轮（转向轮）摆振问题在转向系统的一个响应【2】。它是一种非常有害而又很普遍的振动现象，对汽车的操纵稳定性、行驶平顺性、动力性、燃油经济性和安全性都有一定的负面影响。早在20世纪20年代，法国人Broulhiet就率先对汽车摆振现象进行了初步研究。90多年来，围绕摆振现象的机理以及影响因素进行了大量的研究，取得了一些具有理论和实际意义的成果。人们发现了许多影响摆振的因素，并成功地消除了许多车型的摆振现象。作为“修理”（或“故障”）上的问题，摆振现象基本上可以解决。但作为“设计”（或“非故障”）上的问题，想在设计初期对摆振作出控制和预测，目前还不能很好的达成，还需要进一步的研究【3】。而且，随着整车性能的提升以及各国高速路网的发展，高速摆振，这一有别于传统摆振的现象也越来越受到重视。

一、摆振的定义
      （转向轮）摆振是指汽车在平坦公路上行驶时所产生的车轮绕主销的持续的振动现象【4】。这一振动不仅有车轮的左右摆动，同时兼有上下跳动，故前轮（转向轮）发生摆振时，不只是转向系在振动，甚至整个汽车都在振动。文献【5】还对摆振给出了一个更为全面的解释，即前轮摆振实质上是轮胎和悬架相对于车身的横向振动；前轮绕主销的角振动以及前桥在汽车纵向垂直平面内绕其中点的角振动这三个方面振动的合成。
      轻度前轮摆振时前轮有小幅度摆动，转向盘也有小幅度的回转摆动，手有震麻感；中度前轮摆振时前轮行驶的轨迹呈现轻度弯曲的蛇形，转向盘有较明显的摆振，驾驶室有轻微的震感；重度前轮摆振时，前轮作大幅度摇摆，前轮行驶的轨迹呈明显的蛇形曲线，转向盘作较大幅度的回转摆动，驾驶室左右两侧甚至会出现明显的此起彼伏的现象。

二、摆振的分类
      按照研究对象的悬架型式，可分为非独立悬架摆振和独立悬架摆振研究。早期的摆振都是针对非独立悬架转向轮摆振研究的，直到上个世纪八十年代中期，人们才对独立悬架的摆振进行研究【7】。
      按照摆振发生的车速，可分为低速摆振（40~70Km/h）和高速摆振（≥100Km/h）。早期的摆振都是针对低速摆振进行研究的，随着高速公路的发展与汽车技术的进步，汽车行驶速度不断提高，转向轮高速摆振逐渐成为各大企业研究重点【8】。
      按照摆振发生的机理，可分为强迫型摆振和自激型摆振。强迫摆振由周期性的干扰源引起，而自激摆振依靠自身在振动中把外部能源转换成能够产生周期性激振力的能量【9】。

三、摆振的机理解释
      根据现有的研究结果表明，摆振可分为强迫振动和自激振动【10】。强迫振动是由周期干扰源引起的，此时摆振周期与干扰周期一致，出现共振峰。自激振动是由物体自身在振动中产生的周期性激振力所引起的，振动的发生不需要周期性的干扰源，它发生于汽车在良好路面上行驶时，当车轮受一偶然刺激（如路面的凸凹不平等），产生一初始偏转，刺激消失后，车轮摆动并不停止，而是变成稳定持续的摆振，只能采取制动或减速等措施才能消除【11，12】。
      强迫型摆振由于由周期干扰源引起，所以具有明显的共振（摆振）车速，而自激型摆振由于与系统自身有关，是一种非线性动力学失稳现象，发生摆振不需要周期性的激励源，因此也不像强迫激励那样有明显的共振车速，可能发生摆振的不稳定车速范围较宽，且并不是在不稳定车速范围内摆振会必然发生，其发生与否要看受到的激励是否够大【13】。
      虽然摆振的两种形式有本质的差别，但两者之间又有着一定的联系和相似之处，在一定的条件下（当其车身或发动机悬置发生改变时），会改变摆振的程度乃至振动性质【14】。汽车究竟会以何种形式的摆振出现，取决于当量阻尼的大小。当当量阻尼为正时，汽车的转向系统将消耗能量，前轮摆振将是强迫振动；当当量阻尼为负时，将可能出现自激振动形式的摆振。
      对一般汽车来说，转向系统所具有的正阻尼（不计转向系减振器的阻尼），可以认为有着差不多的水平，因而当量阻尼的大小，在很大程度上取决于能量输入的大小，即负阻尼的大小。而能量的输入则与轮胎的机械特性，转向系统以及车桥、车架、车身等的结构参数有关【15】。

四、摆振的影响因素
      汽车是一个由许多刚体、柔体组成的复杂非线性多体动力学系统，转向轮是其复杂系统中的一个子系统，因而影响该子系统的一个旋转自由度即转向轮摆振的因素就有许多。因而，转向轮摆振是一个受多因素、多变量作用的问题，这就决定了确定具体样车摆振因素的难度和设计初期的不确定性。
      文献【16】基于转向系统与前悬架系统的耦合研究了转向系统参数对重载车辆摆振的影响；文献【17】利用分岔理论和数值仿真研究转向轮的摆振时发现可能产生瞬态的混沌运动；文献【18】利用数值方法研究了汽车参数对前轮摆振的影响，指出转向器刚度、横拉杆刚度、主销后倾角、轮胎侧偏刚度的变化可诱发自激摆振。文献【19】指出系统参数发生变化时，可通过Hopf分岔导致前轮摆振失去控制；文献【20】基于作用在轮胎上的由外力（矩）从能量反馈和负阻尼效应的观点研究了轮胎动态侧偏特性对汽车前轮摆振的影响；文献【21】以非独立悬挂大客车为对象，利用数值方法研究了前轮定位参数对前轮摆振的影响；文献【22】能量反馈和负阻尼效应的观点研究了轮胎动态侧偏特性对汽车前轮摆振的影响等等。
      基于国内外学者对摆振问题做了大量的理论和试验研究工作，影响摆振的因素主要有以下几个方面：
（一）轮胎机械特性和定位参数对摆振的影响
      研究发现轮胎机械特性和定位参数对前轮摆振的影响是极其复杂的，它不仅影响了前轮的几何特性，并且对摆振系统的运动、约束与受力状况均产生重要的影响。轮胎特性参数主要包括轮胎不平衡质量的分布、轮胎的型式、轮胎的气压、轮胎的模型参数、车轮的端面摆差和径向摆差、轮胎的蛇形运动频率等；前轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前束角等【23】。具体见表1 ，表2。
（二）悬架系统参数对摆振的影响
      悬架系统参数对摆振的影响非常复杂，且减震器、摆臂等部件的几何、材料特性等一经确定，很难再更改，因此更多的工作集中在衬套、弹簧等部件的参数改变上。文献【24】中对悬架系统的11个部件进行了DOE分析，发现引起摆振的主要因素是悬架的上下控制臂轴套的动刚度不足；文献【25】通过仿真计算发现悬架弹簧刚度对摆振的影响很大；文献【26】通过试验说明改变下控制臂（low Control Arm）衬套刚度对摆振的影响。
（三）转向系统参数和转向减震器对摆振的影响
      在摆振研究中，主要工作集中在分析转向器和转向传动机构刚度、阻尼以及间隙等特性对摆振的影响。例如文献【18】利用数值仿真方法分析了横拉杆刚度、主销后倾角、转向机刚度、轮胎侧偏刚度、轮胎拖距、转向机阻尼、绕主销当量阻尼等参数对载重汽车自激型摆振的影响；文献【27】的研究表明：适当增加转向横拉杆的直径，即增加转向梯形机构的刚度，能够降低摆振的峰值，但对摆振车速无明显的影响；适当增加转向器的刚度和阻尼，可以降低摆振的峰值，同时系统摆振车速也相应提高；减小部件间隙能够显著改善汽车转向轮摆振现象。另外，加装转向减振器是一种十分有效的抑制摆振的措施，特别是对使用过程中发现的、不能通过改变结构参数来改善摆振的车辆尤为适用。文献【28】介绍了一种用于飞行器前轮摆振的减震器。
（四）悬置以上整体结构模态参数对摆振的影响
      同一台车，当其车身或发动机悬置发生改变时，会改变转向轮摆振程度乃至振动的性质，例如从强迫振动系统变为自激振动系统或相反，这说明悬置以上整体结构模态参数（主要指频率）对车轮摆振有重要影响。在摆振频率范围内，悬置以上结构不仅有刚体振动模态，而且有弹性振动模态，其中车架的弹性振动模态最为明显【14】。
      通常在模态分析中只考虑悬置以上结构与转向轮摆振运动相耦合且固有频率与摆振频率相近的模态。但具体选择什么样的悬置以上结构的模态参数来防止车辆转向轮摆振，要根据它们与其它结构参数的匹配而定。
      以上所述，都是“非故障”状态下的摆振相关因素分析，也可称之为设计上的问题，目前想在设计初期对摆振作出控制和预测，还没有完善的体系流程，需要进一步研究。除此之外，还有一部分引起摆振的原因是由于出现“故障”问题导致的，比如整车定位参数不准、在使用过程中机件的磨损、联接部位的松旷等，主要表现在以下多个方面【5，29，30】：
1. 转向节主销与衬套间隙过大；
2. 转向器间隙、轴承间隙过大；
3. 横向、纵向拉杆各球销部分过度磨损、松旷；
4. 转向节臂直拉杆过度弯曲变形；
5. 前轮轮毂、轴承、螺母松动；
6. 制动蹄片和制动鼓间隙过小；
7. 前轮辐板或轮辋变形；
8. 前轮定位不准（前束失调，主销后倾角过小）；
9. 钢板弹簧中心螺栓松动；
10. 轮胎磨偏和轮胎动平衡不好；
11. 轮胎气压过低；
12. 前轴和车架变形；
13. 前桥弯扭变形；
14. 后桥超载；
15. 主销和衬套失圆。

恒宝宝

请问楼主，能不能知道这篇文章是从哪里来的？我想了解下这篇文章的引用的来源，楼主能不能发下原文。395561073@qq.com。万分感谢。愿意用手中的资料和楼主互换。

651652049

理论实际都分析得 挺详细的，学习那

zhouleipy

很好，值得学习，感谢楼主

yangzhou

当理论无法解决的时候，一般会在转向系中加一个减震器。我看到过解放的重卡上横拉杆与前轴之间有个减震器的。