一种减振方向盘及其减少抖动的方法与流程

本发明涉及汽车领域或者汽车减振领域，特别涉及一种减振方向盘及其减少抖动的方法。

背景技术：

随着汽车行业的快速发展，我国汽车保有量逐年增加，而客户对于车辆nvh(noise,vibration,harshness—振动、噪声、声振粗糙度)性能的要求越来越高。而目前汽车行业中制动抖动抱怨已经成为主要的汽车售后问题，通过查阅相关文献资料，可以知道由制动抖动而带来的负面影响包括制动踏板振动、方向盘振动、车身地板以及座椅振动等。目前，对于制动抖动问题的解决办法主要是通过改进制动器的零部件的相关结构尺寸和对制动抖动的传递机构的刚度等参数进行优化。然而，由于对于制动器结构的优化设计以及对振动传递机构的相关参数优化设计导致车辆的研发成本大幅的增加，给汽车制造商带来巨大的损失。同时，通过查阅大量文献可知，制动抖动带来的诸多负面影响中，方向盘抖动对车辆操作舒适性所带来的影响最大，同时也更容易使得驾驶员感到疲劳，大大地增加了驾驶员误操作的风险，严重地影响了车辆的行驶安全性。但是，目前对于方向盘抖动衰减方面的研究尚且不足。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种减振方向盘及其减少抖动的方法，可有效地降低方向盘抖动的发生几率，这不仅改善了车辆的行驶舒适性，同时也为驾驶者营造了舒适的驾驶环境，降低了驾驶者由于车辆抖动而带来的误操作的风险，提高了车辆的行驶安全性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种减振方向盘，所述方向盘内部为中空结构，所述方向盘内部与泵送系统连接，用于填充减振液。

进一步，所述方向盘内部通过加强筋均分若干互相连通的减振空间，所述方向盘支撑杆为中空结构，所述中空结构与任一减振空间连通。

进一步，相邻的所述减振空间内减振液的流动呈锯齿形，一个所述减振空间内的减振液为上进下出，其相邻的所述减振空间内的减振液为下进上出。

进一步，所述泵送系统包括水箱、水泵和排水导管；所述水箱、水泵与方向盘内部形成闭环回路；所述排水导管连接水箱与方向盘把手处内部，所述排水导管上安装自动阀门，所述水泵与方向盘之间安装注入控制阀门。

进一步，还包括控制系统，包括ecu电子控制单元、第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器用于检测制动器所承受的制动压力；所述第二压力传感器用于检测制动踏板下连杆处压力；所述ecu电子控制单元采集第一压力传感器和第二压力传感器的信号，通过与设置的制动力波动阈值比较判断是否发生制动抖动；当发生制动抖动时，ecu电子控制单元通过控制所述泵送系统使减振液填充所述方向盘内部。

一种减振方向盘减少抖动的方法，包括如下步骤：

所述ecu电子控制单元采集第一压力传感器和第二压力传感器的信号，第一压力传感器采集的压力值记为p1，第二压力传感器采集的压力值记为p2；

所述ecu电子控制单元内预设制动抖动发生的最低阈值k；

当p2＞0时，所述ecu电子控制单元控制自动阀门打开；

当p2＞0且p1＞k时，所述ecu电子控制单元控制所述泵送系统工作，用于给方向盘内填充减振液；

当p2＝0且p1＞k时，所述ecu电子控制单元控制所述泵送系统停止工作，且所述ecu电子控制单元控制自动阀门关闭，用于使方向盘内的减振液保持状态；

当p2＝0且p1＜k时，所述ecu电子控制单元控制自动阀门打开，用于排出方向盘内的减振液。

进一步，所述最低阈值k具体为：k＝s×a×p0，

其中：s为制动盘薄厚差dtv；

a为制动缸的活塞表面积；

p0为制动液的液压。

进一步，所述制动盘薄厚差dtv取15μm。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的减振方向盘及其减少抖动的方法，可有效地降低方向盘抖动的发生几率，这不仅改善了车辆的行驶舒适性，同时也为驾驶者营造了舒适的驾驶环境，降低了驾驶者由于车辆抖动而带来的误操作的风险，提高了车辆的行驶安全性。

2.本发明所述的减振方向盘及其减少抖动的方法，基于开发及维修成本角度考虑，对于方向盘进行结构优化相较于对于制动器系统优化研究来说，研发成本得到了大幅度的降低，同时维修成本也得到了很大程度的降低，这将会给汽车制造商们带来较大的经济效益。

3.本发明所述的减振方向盘及其减少抖动的方法，给出了ecu设置最低阈值的计算方法。

附图说明

图1为本发明所述的减振方向盘内部结构图。

图2为本发明所述的泵送系统和控制系统原理图。

图3为本发明所述的减振方向盘减少抖动的方法流程图。

图4为本发明所述的方向盘振动系统简化模型示意图。

图5为制动抖动发生时引起的方向盘抖动的时域响应图。

图中：

1-车轮；2-第一压力传感器；3-方向盘；4-第二压力传感器；5-注入控制阀门；6-水箱；7-水泵；8-励磁开关；9-排水导管；10-自动阀门；11-ecu电子控制单元；a-信号传递路径；b-方向盘中液体排出路径；c-方向盘中液体注入路径。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的减振方向盘，所述方向盘3内部为中空结构，所述方向盘3内部与泵送系统连接，用于填充减振液。所述方向盘3内部通过加强筋均分若干互相连通的减振空间，所述方向盘3支撑杆为中空结构，所述中空结构与任一减振空间连通。如图1中所示，在所述方向盘3圆形把手内部加上36个加强筋，用来保证方向盘的强度要求，相邻的所述减振空间内减振液的流动呈锯齿形，一个所述减振空间内的减振液为上进下出，其相邻的所述减振空间内的减振液为下进上出。

如图2所示，所述泵送系统包括水箱6、水泵7和排水导管；所述水箱6、水泵7与方向盘3内部形成闭环回路；所述排水导管连接水箱6与方向盘3把手处内部，所述排水导管上安装自动阀门10，所述水泵7与方向盘3之间安装注入控制阀门5。通过布置一个水箱6来存储用于注入到所述方向盘3内部的液体，且通过水泵7来实现液体的注入，通过一个励磁开关8来控制水泵的工作状态。考虑到方向盘3中存在空气，为了方便液体注入以及排出方向盘3，在方向盘3的圆形把手处引出一根排水导管9并且通入到水箱6中，同时，当方向盘3抖动现象消失时，方向盘3中的液体可通过排水导管9排出。并且保证引入到水箱6部分的导管高于方向盘3中未充入液体前水箱中液体表面，同时保证水箱6与外界空气是连通的，从而保证往方向盘3中注入液体时其内部的空气能够及时的排出。同样的，在将方向盘3中的液体排出到水箱6中时，由于水箱6是与外界空气连通的，此时水箱6中的空气可以及时地排出。图中给出了信号传递路径a、方向盘中液体排出路径b和方向盘中液体注入路径c。

控制系统包括ecu电子控制单元11、第一压力传感器2和第二压力传感器4，所述第一压力传感器2安装在车轮1上的盘式制动器的制动卡钳上，用于检测制动器所承受的制动压力；所述第二压力传感器4安装制动踏板的下连杆处，用于检测制动踏板下连杆处压力；所述ecu电子控制单元11采集第一压力传感器2和第二压力传感器4的信号，通过与设置的制动力波动阈值比较判断是否发生制动抖动；当发生制动抖动时，ecu电子控制单元11通过控制所述泵送系统使减振液填充所述方向盘3内部。

如图3所示，本发明所述的减振方向盘减少抖动的方法，包括如下步骤：

所述ecu电子控制单元11采集第一压力传感器2和第二压力传感器4的信号，第一压力传感器2采集的压力值记为p1，第二压力传感器4采集的压力值记为p2；

所述ecu电子控制单元11内预设制动抖动发生的最低阈值k；

当p2＞0时，所述ecu电子控制单元11控制自动阀门10打开，为往方向盘3中注入液体做准备；

当驾驶员采取制动动作后，ecu电子控制单元11接收到第二压力传感器4的所采集到的压力波动信号，通过与ecu电子控制单元11中预设制动抖动发生的最低阈值k作比较，当p2＞0且p1＞k时，此时ecu电子控制单元11判断出车辆将发生制动抖动情况，所述ecu电子控制单元11控制励磁开关8闭合，即所述泵送系统工作，用于给方向盘3内填充减振液；当水箱6中的水达到预先设定的液体注入结束时的高度时，此时将该信号传递到ecu电子控制单元11中，ecu电子控制单元11控制励磁开关8打开，水泵7停止工作，并且注入控制阀门5关闭；

当驾驶员松开制动踏板时，制动踏板上的第二压力传感器4压力值为0，ecu电子控制单元11判断此时车辆结束制动过程，然而在制动踏板力刚消失的一段时间内，制动力波动衰减需要一定时间，因此在这个阶段制动抖动同样有可能继续存在，因此还需要对车辆是否发生制动抖动的情况进行判断。当p2＝0且p1＞k时，所述ecu电子控制单元11控制所述泵送系统停止工作，且所述ecu电子控制单元11控制自动阀门10关闭，用于使方向盘3内的减振液保持状态；

当p2＝0且p1＜k时，所述ecu电子控制单元11判断车辆将不发生制动抖动问题，所述ecu电子控制单元11控制自动阀门10和注入控制阀门5打开，用于排出方向盘3内的减振液。为了有效及时地将方向盘中地液体排出，可以将排水导管的在方向盘圆形把手上的位置布置在方向盘回正时圆形把手最下方位置处，这样的话可以更快速地将制动盘中的液体排出。

所述最低阈值k具体为：k＝s×a×p0，其中：s为制动盘薄厚差dtv，这里取15μm；a为制动缸的活塞表面积；p0为制动液的液压。

本发明实现减少方向盘抖动的原理：当车辆进行制动时，由于制动盘表面存在薄厚差dtv(discthicknessvariations)、端面跳动超差sro(surfacerun-out)以及热机耦合效应导致制动盘产生热翘曲等原因，导致制动压力发生变化(bpv)与制动力矩发生变化(btv)，从而导致制动抖动的发生,并通过悬架系统与车身的放大和传递作用,给车辆的行驶舒适性带来诸多负面影响,其中方向盘的振动的影响尤为严重。本发明通过使方向盘的内部中空，当车辆处于制动抖动状态时，向方向盘中注入液体如水，由于液体具有可压缩性和粘滞性，可以对振动能量进行吸收和消耗，由此达到衰减振动的目的。

本发明的实例验证过程如下：

1：理论验证

假设方向盘2发生抖动时的振动系统简化为单质量系统的自由振动，如附图4所示，以制动盘表面实际的厚薄差作为激励位移q，将方向盘简化为一个质量块m，同时该制动系统中方向盘具有刚度k以及阻尼c。为了模拟本发明所设计的方向盘的振动特性，由于所设计的方向盘中间掏空注水，因此所设计的方向盘的刚度应当有所减小，记为k1，同时由于液体具有粘滞性以及可压缩性，因此所设计的方向盘在注水情况下的阻尼系数有所增大，记为c1，本发明所设计的方向盘需要保证在注满水时的方向盘的整体质量m1要接近改进前的实心方向盘的质量m。

取方向盘位移坐标x的原点为静力平衡位置，根据牛顿第二定律，得到图4所示的系统的微分方程为：

方程(2)的解是由自由振动齐次方程的解与非齐次方程的特解之和组成。

令则方程2对应的齐次方程为：

式(3)中，ω0为系统的固有圆频率，而n与ω0的比值成为阻尼比，记作ξ。

由于方向盘的振动系统属于小阻尼系统，因此此时系统微分方程(1)的解为：

通过观察方程(1)解的特点可知，该振动系统的振幅以衰减，由于本发明所设计的方向盘阻尼系数c1>c，且m1≈m，因此可以知道本发明所设计的方向盘以及方向盘抖动衰减方法可以使得车辆发生制动抖动而传递到方向盘上振动的幅值得到降低。

2：仿真验证

根据附图4所示的振动系统动力学模型以及该系统的微分方程(1)在matlab/simulink中构建振动系统的动力学模型，然后以某型号车型上所对应的方向盘的相关尺寸参数作为本模型的基准参数，通过查阅相关资料，找到系统中所涉及到的参数，质量m、刚度k以及阻尼系数c。而所设计的方向盘在注水的情况下的质量m1容易得到，通过步骤1中的分析可知，k1<k，c1>c，因此可以在已知的k和c的基础上对k1和c1进行取值，以此来验证步骤1中的理论验证的正确性。通过在matlab/simulink模块下进行仿真，得到了方向盘改进前后的振动时域图，如附图5所示。通过对比图5中两条变化曲线的振动幅值最大值可知，即本发明所设计的方向盘以及方向盘抖动衰减方法可以使得方向盘的振动幅值减少了16.8％，这说明本发明所涉及的方向盘抖动衰减方法能够满足减少方向盘抖动的目的。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。