本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种高速工况下方向盘摆振优化方法。
背景技术：
随着汽车行业的飞速发展，汽车行业之间的竞争越来越激烈，越来越多的汽车厂商生产出各式各样的汽车以满足用户的驾驶需求，其用户对汽车驾驶时的舒适性要求也越来越高。基于人们对汽车驾乘舒适性追求的不断提高，对车内的振动噪声环境的要求也就更加严格。近年来汽车共振问题，已成为更多用户关注的焦点。
其中，现有汽车在高速行驶时过程中，其车速维持在100km/h到120km/h的速度下近似匀速直线行驶时，汽车的方向盘会出现摆振现象，严重影响用户的驾驶体验感。
技术实现要素：
基于此，针对现有技术的缺点，提供一种高速工况下方向盘摆振优化方法，解决现有汽车在100km/h到120km/h的速度下方向盘出现摆振的问题。
本发明提供一种高速工况下方向盘摆振优化方法，所述方法包括：
建立汽车整车有限元模型，在所述整车有限元模型中多次加载前摆臂后衬套的特征参数；
基于所述整车有限元模型对轮胎进行动不平衡激励响应分析，以得到方向盘摆振时与各个所述特征参数对应的响应峰值频率及与各个所述响应峰值频率对应的车速；
根据各个所述车速，确定出最佳特征参数，所述最佳特征参数为在各个所述车速中确定的最佳车速所对应的特征参数。
本发明提供的高速工况下方向盘摆振优化方法，通过加载不同的前摆臂后衬套的特征参数进行分析后得到各个特征参数对应的方向盘摆振时对应的车速，并在各个车速中确定一最佳车速，根据该最佳车速确定出前摆臂后衬套的最佳特征参数，并调整前摆臂后衬套的特征参数，使得该汽车在最佳车速时才会发生方向盘的摆振现象。而该最佳车速为大于120km/h的车速，而现有的用户较少将汽车车速运行至该最佳车速上，因此可避免现有100km/h到120km/h时的方向盘摆振现象，同时优化了现有汽车高速工况下的方向盘摆振问题，解决现有汽车在100km/h到120km/h的速度下方向盘出现摆振的问题。同时，根据本发明提出的高速工况下方向盘摆振优化方法，其仅只需调整前摆臂后衬套的角度参数和刚度参数。其不仅仅不会对汽车装配增加难度，也不会对汽车的平顺性产生不良影响。
另外，根据本发明提供的高速工况下方向盘摆振优化方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述特征参数包括所述前摆臂后衬套的角度参数及其三个方向的刚度参数，所述确定出最佳特征参数的步骤包括：
控制所述刚度参数不变，在所述整车有限元模型中多次加载角度参数，并对所述轮胎进行动不平衡激励响应分析得到各个所述方向盘摆振时响应峰值频率对应的第一车速，根据各个所述第一车速确定出最佳角度参数；
控制所述最佳角度参数不变，在所述整车有限元模型中多次加载刚度参数，并对所述轮胎进行动不平衡激励响应分析得到各个所述方向盘摆振时响应峰值频率对应的第二车速，根据各个所述第二车速确定出最佳刚度参数；
根据所述最佳角度参数和所述最佳刚度参数，确定出所述最佳特征参数。
进一步地，所述根据各个所述第一车速确定出最佳角度参数的步骤包括：
根据各个所述第一车速确定出第一最佳车速，所述第一最佳车速为各个所述第一车速中远离目标车速区间的最大车速；
根据所述第一最佳车速确定出其对应的最佳角度参数。
进一步地，其特征在于：所述根据各个所述第二车速确定出最佳刚度参数的步骤包括：
根据各个所述第二车速确定出第二最佳车速，所述第二最佳车速为各个所述第二车速中远离目标车速区间的最大车速；
根据所述第二最佳车速确定出其对应的最佳刚度参数。
进一步地，所述建立汽车整车有限元模型的步骤包括：
收集汽车整车的相关参数；
在cae软件中对汽车白车身进行有限元模态分析；
在所述cae软件中对汽车闭合车身进行有限元模态分析；
在所述cae软件中对汽车整车进行有限元模态分析，以建立所述汽车整车有限元模型。
进一步地，所述方法还包括：
在所述汽车方向盘上安装三向加速度传感器；
依次更改所述汽车的车轮中的平衡质量块的质量，并进行不同工况的实验，以采集使用各个所述平衡质量块时所述三向加速度传感器中竖向振动加速度值；
根据所述竖向振动加速度值确定方向盘摆振值；
根据各个所述方向盘摆振值确定出所述方向盘摆振值最小时的所述平衡质量块的质量。
附图说明
图1为本发明第一实施例提出的高速工况下方向盘摆振优化方法的流程图。
图2为本发明第二实施例提出的高速工况下方向盘摆振优化方法的流程图。
图3为汽车整车的有限元模型分析图。
图4为现有汽车的前摆臂后衬套的结构示意图。
图5为现有汽车进行轮胎动不平衡激励响应分析得到的方向盘摆振传递函数曲线图。
图6为优化后的汽车前摆臂后衬套的结构示意图。
图7为优化汽车前摆臂后衬套的特征参数后进行轮胎动不平衡激励响应分析得到的方向盘摆振传递函数曲线图。
图8为三向加速度传感器安装至汽车方向盘时的布置图。
图9为现有汽车在高速工况下测试时三向加速度传感器采集的竖向加速度曲线图。
图10为调整轮胎动不平衡量前后在高速工况下测试时三向加速度传感器采集的竖向加速度曲线对比图。
图11为方向盘摆振优化方案验证图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
现有的汽车在行驶速度为100km/h到120km/h时，方向盘会出现摆振现象，使得影响用户的驾驶体验感；基于此，本发明实施例提供的一种高速工况下方向盘摆振优化方法，使得可以仿真确定出前摆臂后衬套在不同参数下对应的汽车方向盘摆振时的车速，并确定使用方向盘摆振时的车速大于120km/h时的最佳前摆臂后衬套的参数，使得可避免现有100km/h到120km/h时的方向盘摆振现象，以下对本发明实施例进行详细介绍。
具体的，汽车可以视为由一个激励源系统包括：动力总成系统、传动系统、路面激励等振动过渡系统。一般汽车舒适性的提高可以通过改善激励源振动状况来实现的，也可通过降低振动源的振动幅值或对振动源进行改变其结构。本发明的目的是为了通过调整前摆臂后衬套的特征参数的方法来达到改变整个方向盘系统结构的固有频率，最终规避其共振频率，优化汽车在高速行驶时的方向盘摆振的问题。
请参阅图1，本发明的第一实施例中提供的高速工况下方向盘摆振优化方法的流程图，该方法包括：
步骤s101，建立汽车整车有限元模型，在所述整车有限元模型中多次加载前摆臂后衬套的特征参数；
其中，上述建立汽车的行驶系统的有限元模型具体为：
用户收集汽车整车的相关参数，并在catia软件中创建汽车整车三维数模，其中汽车整车包括传动系统、动力总成系统等。
用户在创建好汽车整车三维数模后，将该三维数模导入至cae软件中，并在cae软件中对汽车白车身进行有限元模态分析，以对汽车整车的白车身数据进行校验；进一步地，在所述cae软件中对汽车闭合车身进行有限元模态分析，以对汽车整车的闭合车身数据进行校验；进一步地，在所述cae软件中对汽车整车进行有限元模态分析，以实现建立汽车整车的有限元模型。
其中，在建立汽车整车有限元模型后，用户可在有限元模型中加载各个部件的各个参数，如部件的质量、材料等，以实现不同的有限元模型的实验，同时对整车的方向盘抖动(nibble)响应进行cae传递函数分析，其中其建立的汽车整车有限元模型如图3所示。
步骤s102，基于所述整车有限元模型对轮胎进行动不平衡激励响应分析，以得到方向盘摆振时与各个所述特征参数对应的响应峰值频率及与各个所述响应峰值频率对应的车速；
其中，本发明中，主要考虑为汽车的前摆臂后衬套的特征参数的不同使得导致其汽车的方向盘摆振时的响应峰值频率不同，以及出现该响应峰值频率时的速度不同，因此在有限元模型进行参数的加载时，其需加载前摆臂后衬套的特征参数，其特征参数主要包括前摆臂后衬套的角度参数及其三个方向的刚度参数。其中，如图4所示，为现有技术中汽车悬架系统的左前摆臂后衬套的结构示意图。其现有技术中，左前摆臂后衬套的特征参数中的角度参数为15°，刚度参数为62°。
在汽车整车有限元模型中对其前摆臂后衬套的特征参数加载完成时，用户在该整车有限元模型上对轮胎进行动不平衡激励响应分析，以得到方向盘摆振时的cae传递函数曲线，根据该方向盘摆振传递函数曲线可得到方向盘摆振时的响应峰值频率、及该响应峰值频率对应的车速。其中，如图5所示，为对整车有限元模型中左前摆臂后衬套的结构参数为现有特征参数时，对轮胎进行动不平衡激励响应分析得到的方向盘摆振传递函数曲线，从图中可才看，现有汽车在高速工况行驶时方向盘摆振的响应峰值频率与之对应的车速分别为：13.5hz、108km/h。其中该cae传递函数分析结果与实际整车客观测试结果相吻合。因此可得出现有的汽车在车速为108km/h时，其汽车方向盘容易发生摆振现象，且摆振现象最为激烈。
进一步地，通过在整车有限元模型中多次加载前摆臂后衬套的不同特征参数，并对轮胎进行动不平衡激励响应分析后，可得到不同特征参数时的方向盘摆振时的响应峰值频率及响应峰值频率对应的车速。
步骤s103，根据各个所述车速，确定出最佳特征参数，所述最佳特征参数为在各个所述车速中确定的最佳车速所对应的特征参数；
其中，需要指出的是，现有技术中的方向盘摆振时车速对应为100km/h到120km/h，其用户在该车速下行驶容易影响操作体验感，因此在加载各个前摆臂后衬套的不同特征参数时确定出方向盘摆振时的响应峰值频率及响应峰值频率时出现的车速，此时根据各个车速确定出一最佳车速，例如，各个车速包括有110km/h、125km/h、130km/h时。可确定最佳车速为130km/h，其最佳车速的确定可为在各个车速中确定远离目标车速区间(100km/h到120km/h)中的最大车速。
其中，如图6所示，为左前摆臂后衬套调整一角度参数后的结构示意图，如图7所示，为左前摆臂后衬套的结构参数调整为最佳特征参数时，对轮胎进行动不平衡激励响应分析得到的方向盘摆振传递函数曲线。其中，需要指出的是，在本实施例中，申请人在对前摆臂后衬套的角度参数调整为105°，刚度参数调整为68°，即将前摆臂后衬套绕衬套本体轴线旋转90°及刚度调整后得到的方向盘摆振传递函数曲线，从图中可以看出，其整车在高速工况行驶时方向盘摆振的响应峰值频率和与之对应的车速分别为：16.1hz、130km/h。通过对比优化前后摆臂后衬套可知：该方向盘摆振的响应峰值频率和车速都有增大。此时汽车整车在车速为130km/h时，其方向盘才会发生激烈的摆振现象，而同时现有的汽车车速在高速工况时普遍速度维持在目标车速区间(100km/h到120km/h)内，因此通过调节前摆臂后衬套的特征参数使得可将汽车方向盘摆振时出现的速度偏移至更高的最佳车速(130km/h)中，而现有的用户较少将汽车车速运行至该最佳车速上，使得优化了现有汽车高速工况下的方向盘摆振问题。同时对汽车的前摆臂后衬套的特征参数的调整(如角度调整了90°，刚度增加了6°)，其中在汽车整改阶段，不可能对前摆臂钣金进行较大修改，仅能对其局部进行整改，根据本发明提出的高速工况下方向盘摆振优化方法，其仅只需调整前摆臂后衬套的角度参数和刚度参数。其不仅仅不会对汽车装配增加难度，也不会对汽车的平顺性产生不良影响。
进一步地，在确定该最佳特征参数及该最佳车速后，经过测试人员的实际整车客观测试，验证了其cae软件测试的准确性，其汽车实际行驶时，在最佳车速(130km/h)时会发生方向盘的摆振现象，而在目标车速区间(100km/h到120km/h)内，没有方向盘的摆振现象的发生，从而验证该优化方法所实施时的准确性。
其中，需要指出的是，在本实施例中，对江铃陆风汽车在cae软件中分析得到其前摆臂后衬套的最佳特征参数为角度参数调整为105°，刚度参数调整为68°，其使得方向盘摆振时的速度偏移至130km/h中，可以理解的，在其他实施例中，对其他汽车的前摆臂后衬套的最佳特征参数可以为其他，其需根据各个不同的车型在对轮胎进行动不平衡激励响应分析得到方向盘摆振时的cae传递函数曲线，确定出方向盘摆振时的响应峰值频率及响应峰值频率对应的车速，从而从各个特征参数和确定的车速中确定出最佳车速及最佳车速对应的最佳特征参数。
请查阅图2，本发明的第二实施例中提供的高速工况下方向盘摆振优化方法的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤s201，建立汽车整车有限元模型，在所述整车有限元模型中多次加载前摆臂后衬套的特征参数；
其中，建立汽车整车有限元模型的步骤包括：
收集汽车整车的相关参数；
在cae软件中对汽车白车身进行有限元模态分析；
在所述cae软件中对汽车闭合车身进行有限元模态分析；
在所述cae软件中对汽车整车进行有限元模态分析，以建立所述汽车整车有限元模型。
步骤s202，基于所述整车有限元模型对轮胎进行动不平衡激励响应分析，以得到方向盘摆振时与各个所述特征参数对应的响应峰值频率及与各个所述响应峰值频率对应的车速。
步骤s203，根据各个所述车速，确定出最佳特征参数，所述最佳特征参数为在各个所述车速中确定的最佳车速所对应的特征参数；
其中，特征参数包括所述前摆臂后衬套的角度参数及其三个方向的刚度参数。上述确定出最佳特征参数可通过如下步骤实现：
控制所述刚度参数不变，在所述整车有限元模型中多次加载角度参数，并对所述轮胎进行动不平衡激励响应分析得到各个所述方向盘摆振时响应峰值频率对应的第一车速，根据各个所述第一车速确定出最佳角度参数；
控制所述最佳角度参数不变，在所述整车有限元模型中多次加载刚度参数，并对所述轮胎进行动不平衡激励响应分析得到各个所述方向盘摆振时响应峰值频率对应的第二车速，根据各个所述第二车速确定出最佳刚度参数；
根据所述最佳角度参数和所述最佳刚度参数，确定出所述最佳特征参数。
上述根据各个所述第一车速确定出最佳角度参数的步骤包括：
根据各个所述第一车速确定出第一最佳车速，所述第一最佳车速为各个所述第一车速中远离目标车速区间的最大车速；
根据所述第一最佳车速确定出其对应的最佳角度参数。
上述根据各个所述第二车速确定出最佳刚度参数的步骤包括：
根据各个所述第二车速确定出第二最佳车速，所述第二最佳车速为各个所述第二车速中远离目标车速区间的最大车速；
根据所述第二最佳车速确定出其对应的最佳刚度参数
具体的，在对前摆臂后衬套进行不同特征参数的加载时，其首先控制刚度参数不变，其分别加载不同的角度参数对轮胎进行动不平衡激励响应分析得到不同所述方向盘摆振时响应峰值频率对应的第一车速，其中在各个第一车速中确定出一第一最佳车速，根据该第一最佳车速确定出其前摆臂后衬套的最佳角度参数。
进一步地，在对前摆臂后衬套进行不同特征参数的加载时，控制最佳角度参数不变，其分别加载不同的刚度参数，其中需要指出的是，该刚度参数可在一区间值中进行选取，其中前摆臂后衬套的刚度过大或过小会影响汽车的运动学特性，因此本实施例中，该区间值为50°-75°，其根据加载的不同特征参数对轮胎进行动不平衡激励响应分析得到不同所述方向盘摆振时响应峰值频率对应的第二车速，其中在各个第二车速中确定出一第二最佳车速，根据该第二最佳车速确定出其前摆臂后衬套的最佳角度参数，其中根据确定的最佳角度参数和最佳刚度参数，确定出最佳特征参数。
步骤s204，在所述汽车方向盘上安装三向加速度传感器；
其中，需要指出的是，为查找汽车上的方向盘摆振的其他技术原因，其在汽车整车的方向盘辐缘12点钟位置处安装三向加速度传感器，如图8所示，其中测试人员利用lmstestlab软件采集试验汽车在不同工况下的振动加速度信号，经过后处理可以得出其各个方向相应的振动加速度的rms值，其中测试人员采集了现有汽车发生摆振现象(具体为110km/h)时的方向盘振动加速度信号。具体如图9所示，该工况下方向盘摆振rms值的大小为0.29g，振动异常明显。
其中又由于根据现有的汽车转动频率的计算公式计算得到该工况下汽车车轮的转动频率为13.58hz，其与三向加速度传感器采集的方向盘摆振的峰值频率13.67hz基本耦合，因此确定方向盘摆振与汽车轮胎存在很大关联。为了解决该汽车高速工况行驶时方向盘的摆振的问题，工程师必须对行驶系进行优化。其整改措施即对轮胎的动平衡量进行透彻检查。并使得轮胎的动不平衡量满足本企业的设计要求(车轮动平衡残余总量小于10g)。
进一步地，可以从激励源的源头以及结构路径的传递函数两个方面来解决方向盘摆振问题。汽车在高速行驶出现的方向盘异常摆振的现象，初步判定此激励主要由车轮动不平衡量引起。陆风汽车车轮动不平衡主要由贴在轮辋上的平衡质量块而导致。
步骤s205，依次更改所述汽车的车轮中的平衡质量块的质量，并进行不同工况的实验，以采集使用各个所述平衡质量块时所述三向加速度传感器中竖向振动加速度值；
步骤s206，根据所述竖向振动加速度值确定方向盘摆振值；
步骤s207，根据各个所述方向盘摆振值确定出所述方向盘摆振值最小时的所述平衡质量块的质量；
其中主要通过调节车轮轮胎的平衡块的质量来调整；底盘工程师经对车轮进行动平衡残余量检测，调整前其动平衡残余量为30g，根据现有汽车生产企业标准：车轮动平衡残余总量小于10g。
因此将原车轮平衡块进行铲除，并进行重新平衡块贴块，此时车轮动平衡残余总量为8g。因此其车轮动平衡残余量得到修改并满足汽车生产企业要求。
进一步地，更换不同的平衡质量块的质量，并进行不同工况的实验，以采集使用各个所述平衡质量块时所述三向加速度传感器中竖向振动加速度值，并根据该竖向振动加速度值确定方向盘摆振值，此时在各个所述方向盘摆振值确定出所述方向盘摆振值最小时的所述平衡质量块的质量，因此对轮胎动不平衡量的调整使得可相应的改善优化方向盘摆振现象，其如图10所示，在调整轮胎动不平衡量前，其方向盘摆振rms值的大小为0.29g，在通过更换不同的平衡质量块的质量后，使得其调整轮胎动不平衡量(动平衡残余总量为8g)后，其方向盘摆振rms值的大小降到了0.20g，其对方向盘摆振起到了一定的改善效果。
进一步地，为验证采用本发明提供的高速工况下方向盘摆振优化方法所优化后方向盘摆振的情况。本文将车轮的轮胎动不平衡调整、优化前摆臂后衬套的特征参数后对该车辆在相同的道路和工况下进行道路试验。其测试结果如图11所示，其中由图11方向盘摆振优化方案验证图可知：经过一系列优化措施后，该方向盘摆振的响应峰值频率、rms振动值和对应的车速如表1优化前后验证对比表所示：
表1优化前后验证对比
由表1优化前后验证对比可得出：在采取的一系列的优化措施对降低该车高速行驶时的方向盘摆振起到较为显著的作用。在实车测试验证过程中，测试人员在经过优化后的110km/h工况下基本上感觉不到方向盘摆振，因此该车高速行驶过程中，方向盘摆振问题得到成功解决。
本发明提供的高速工况下方向盘摆振优化方法，通过在加载的前摆臂后衬套的不同特征参数中确定出最佳特征参数，使得现有汽车对前摆臂后衬套采用该最佳特征参数时，其汽车的方向盘摆振时的车速调整为最佳车速(130km/h)，从而避免了现有用户驾乘汽车在目标车速区间(100km/h到120km/h)产生的方向盘摆振的问题，同时用户在驾乘汽车时较少的行驶至该最佳车速(130km/h)，避免了用户驾乘汽车时由于方向盘摆振导致的驾驶体验不佳的问题。同时本发明通过调整汽车轮胎动不平衡量，使得降低了方向盘摆振rms值，使得有效的改善了方向盘摆振现象。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。