（北京汽車集團有限公司 101300）

0 前言

轉向異響作為用戶最容易感知的一種問題，在近些年客戶的投訴案件中占比越來越高，如何降低用戶對轉向過程中出現的各類異響的感知，從轉向系統(tǒng)的根本上預防該類異響，成為了各大主機廠商所亟需解決的問題。作為用戶感受最為直接、體驗最受影響的一類異響，粘滯異響成為了開發(fā)人員普遍關注與研究的對象。本論文就以粘滯異響作為研究重點，從異響現象、異響機理和異響控制方法3 個主要方面進行深入的剖析。

1 轉向粘滯異響現象及機理分析

電動助力轉向系統(tǒng)的粘滯異響通常發(fā)生在蝸輪與蝸桿嚙合的過程中，即蝸桿與蝸輪通過面運動副，在傳遞扭矩的過程中，接觸面間由于摩擦運動而產生的一種異常的聲響。粘滯異響（圖1）是由于物體粘滑（Stick-slip）運動產生的。由于電動助力轉向管柱的蝸輪蝸桿，相互接觸的表面之間產生相對運動，其接觸面彈性變形會儲存能力。當靜摩擦超過動摩擦時這種能量就會釋放，轉向時因而產生類似“嘰嘰”的聲音。

圖1 粘滯異響模型示意圖

圖2 粘滯異響測試數據表現

轉向粘滯異響不僅影響車輛舒適性，對操縱穩(wěn)定性也會產生影響。因此在車輛開發(fā)階段，控制轉向粘滯異響問題尤為重要。

粘滑現象可表現為系統(tǒng)之間靜動摩擦系數的跳變。在系統(tǒng)靜動摩擦轉換的瞬間，由于加速度變化會造成沖擊振動，繼而產生噪聲。轉向粘滯異響是低頻率下發(fā)生的，但異響伴隨的低頻粘滑運動產生的振動能夠釋放出高頻噪聲（圖2）。根據粘滑原理可知，造成粘滑現象的主要因素有：粘滯滑動產生的接觸壓力（載荷）、滑動速度、表面特征、材料屬性、界面接觸的時間（記憶摩擦）和摩擦系數等。其中摩擦系數用于表征和分析粘滯運動，是決定摩擦力的最重要因素。

2 電動助力轉向系統(tǒng)粘滯異響分析

2.1 電動助力轉向系統(tǒng)

電動助力轉向系統(tǒng)已經成為乘用車的標準配置，管柱助力式電動助力轉向系統(tǒng)由于成本優(yōu)勢，被廣泛應用。管柱助力式電動助力轉向系統(tǒng)由上管柱、減速機構、控制器、電機、中間軸和機械式轉向器等部分組成（圖3）。系統(tǒng)控制單元主要由控制器、電機、扭矩/角度傳感器以及減速機構組成[1]。

圖3 電動助力轉向系統(tǒng)

圖4 蝸輪盤3D 掃描分析

駕駛員通過轉動方向盤，將扭矩傳遞給主軸扭桿，扭矩傳感器通過扭桿的變形，檢測的扭矩信號?？刂破魍ㄟ^采集扭矩信號、轉角信號和車速等信號，綜合計算相應的控制數據給電機。電機通過聯軸器將助力傳遞給蝸桿，蝸桿進而帶動蝸輪進行轉動，電機助力最終傳遞給轉向器，拉動車輪使車輛進行轉向。

2.2 典型轉向粘滯異響問題分析排查

針對某車型路試測試階段發(fā)生的粘滯異響進行分析，轉向粘滯異響問題產生潛在原因有，系統(tǒng)裝配不規(guī)范、潤滑不良、嚙合表面不良、蝸輪尺寸超差、蝸桿表面結構不利于油膜生成、蝸桿齒頂有銳邊、受外部沖擊和潤滑脂性能變化等。

通過對轉向粘滯異響潛在問題的逐一排查，運用質量分析工具、科學的測試分析手段，最終確定導致該問題的原因為潤滑不良、蝸輪尺寸超差、蝸桿表面結構不利于油膜生成和蝸桿齒頂有銳邊（圖4）。

圖5 軟件補償控制單元視圖

2.3 典型轉向粘滯異響問題解決方案

針對粘滯異響的產生原因，通過對粘滯異響的定量化測試，研究轉向部件的特性，尋求最佳解決方案[2]。

（1）潤滑不良解決方案

改善前方案：輸出軸表面涂的防銹油進入蝸桿之間的潤滑脂內，從而使油脂潤滑效果降低，蝸輪蝸桿摩擦系數增加。

改善方案:采用對潤滑脂性能無不良影響的切削油代替原防銹油進行防銹。

（2）蝸輪尺寸超差解決方案

改善前方案：采用4 孔注塑工藝，導致蝸輪尺寸精度差。

改善方案：采用6 孔注塑工藝，蝸輪尺寸精度提高,更改后的蝸輪盤總成嚙合面符合優(yōu)化設計要求

（3）蝸桿表面結構不利于油膜生成問題解決方案

改善前方案：蝸桿表面光潔度高，不利于油脂存儲，產生鏡面摩擦效果。

改善方案：在蝸桿加工過程中，提高蝸桿表面粗糙度，提升油脂存儲空間。

（4）蝸桿齒頂銳邊解決方案

改善前方案：蝸桿齒頂銳邊造成表面劃痕，導致二者嚙合可能出現機械卡滯。

改善方案：蝸桿齒頂改為圓角設計，消除機械粘滯隱患。

2.4 軟件補償策略

為快速解決問題，縮短整改周期，在以上措施實施的同時，可進行轉向系統(tǒng)基礎軟件功能調整，采用粘滯補償軟件對粘滯過程中伴隨的力矩突變進行優(yōu)化。當前電動助力轉向系統(tǒng)具有基礎助力、摩擦補償、回正補償、慣性補償以及阻尼補償等功能，對于粘滯補償多通過提高轉向系統(tǒng)渦輪蝸桿的配合質量來提升。軟件補償策略是采用電動助力轉向系統(tǒng)的電控特性，開發(fā)出的具有粘滯補償功能的電動助力轉向系統(tǒng)策略（圖5）。

圖6 策略框圖

圖7 優(yōu)化前異響臺架測試數據

圖8 優(yōu)化后異響臺架測試數據

方向盤轉角傳感器，感知方向盤轉角大小及轉角方向并發(fā)送轉角信號。扭矩傳感器，感知方向盤扭矩大小及扭矩方向并發(fā)送扭矩信號。EPS 系統(tǒng)接受CAN 總線上車速信號，作為邏輯判斷依據。

電子控制單元ECU 根據不同的方向盤角度大小和方向、車速轉速大小、方向盤扭矩大小以及電動轉向管柱啟動扭矩，邏輯判讀當前力矩變動是否處于規(guī)定閥值內，進行相關條件的篩選。然后通過運算的應用，計算出不同的粘滯補償電流值，提供不同的助力電流供電機使用。

當方向盤在T 時間內扭矩變化小于K（K 為單位時間內方向盤扭矩變化量，單位為N·m/s）時,粘滯補償功能退出；當方向盤轉角大于等于90°時，在T 時間內扭矩變化大于等于K 時,EPS系統(tǒng)報警，助力降級（圖6）。

3 轉向粘滯異響的臺架驗證

對優(yōu)化前后的樣件進行轉向粘滯異響臺架驗證，在粘滯異響部分加裝加速度傳感器測量異響振動數據[3]。試驗數據表明，樣件優(yōu)化后轉向粘滯異響消除，振動加速度改善效果明顯（圖7和圖8）。

4 總結

本文基于物體粘滑現象原理，通過對轉向粘滯問題潛在原因的全面分析、逐項排查并試驗驗證，最終確定問題的根本原因為潤滑不良、蝸輪尺寸超差、蝸桿表面結構不利于油膜生成以及蝸桿齒頂有銳邊等綜合因素。最后通過優(yōu)化潤滑工藝，改變蝸桿表面結構，優(yōu)化機構及加工工藝，以及優(yōu)化蝸桿齒頂結構等多方面措施，解決了轉向粘滯異響問題。

此問題的成功解決，一方面為后續(xù)配備電動助力轉向系統(tǒng)車型的開發(fā)積累了寶貴的經驗，為后續(xù)質量問題的處理提供了一套完整的問題排查流程；另一方面，提升了整車質量水平，提高了用戶的滿意度。