岳法　姜姍姍　劉春梅

摘 要：本文主要對(duì)管柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)顛簸路異響的主要潛在原因和控制因素進(jìn)行了研究，對(duì)排查和預(yù)防的方法進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：C-EPS 顛簸路 異響 預(yù)防

1 引言

隨著消費(fèi)者對(duì)乘用車舒適性要求的提高，各大汽車廠商對(duì)車輛的NVH要求日益提升，尤其是新能源車輛取消了發(fā)動(dòng)機(jī)，駕駛艙內(nèi)背景噪音進(jìn)一步降低，消費(fèi)者對(duì)振動(dòng)和噪音更容易識(shí)別。有資料表明，汽車的振動(dòng)和噪聲問題占據(jù)了整車故障問題的1/3，與此同時(shí)各大汽車公司在解決汽車振動(dòng)和噪聲問題上的花費(fèi)占了總開發(fā)費(fèi)用的20%[1]。

目前電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在乘用車上已經(jīng)基本普及，因其內(nèi)部的零部件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在顛簸路面行駛時(shí)易發(fā)生異響。管柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（以下簡稱C-EPS），其助力電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)在駕駛室內(nèi)，距離駕駛員較近，在發(fā)生異響時(shí)更容易被駕駛員發(fā)覺，因此需要對(duì)C-EPS異響實(shí)施更加嚴(yán)格的控制。

有文獻(xiàn)表面，EPS有十余種異響模式（見表1），異響潛在的原因也非常復(fù)雜。作者在C-EPS整車項(xiàng)目開發(fā)過程中，也遇到了各類異響問題，本文僅基于C-EPS顛簸路異響做簡單研究，更希望能通過預(yù)防的方法，減少該類異響。

2 顛簸路異響

車輛通過鵝卵石、坑洼路等顛簸路面行駛時(shí)，路面沖擊通過輪胎、懸架、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向管柱傳遞至方向盤，在傳遞的過程中，由于轉(zhuǎn)向器齒條與襯套之間、轉(zhuǎn)向管柱蝸輪蝸桿、中間軸萬向節(jié)等部位存在間隙，若間隙過大，來自地面的沖擊將導(dǎo)致配合部位之間發(fā)生碰撞，產(chǎn)生“噠噠”異響。業(yè)內(nèi)統(tǒng)稱為顛簸路異響（rattle），該類異響與車速關(guān)聯(lián)較大，一般在15～20km/h多發(fā)。典型路面如圖1所示。

該類問題多為系統(tǒng)性問題，原因復(fù)雜，一般包括：蝸輪蝸桿間隙、中間軸扭轉(zhuǎn)間隙（芯軸彈片間隙、中間軸花鍵配合間隙、萬向節(jié)叉間隙的總和）、十字軸間隙、轉(zhuǎn)向器輸入軸和齒條間隙、調(diào)整體與齒條間隙、齒條支撐座等。本文僅論述蝸輪蝸桿部分內(nèi)容。

路面沖擊傳遞到蝸輪蝸桿處，蝸輪蝸桿的沖擊產(chǎn)生rattle異響。為改善異響，需要控制蝸輪蝸桿的間隙。業(yè)內(nèi)有兩種方法。

2.1 （蝸輪蝸桿）定中心距產(chǎn)品

定中心距產(chǎn)品，因無法自動(dòng)調(diào)整蝸輪蝸桿進(jìn)行，應(yīng)從以下幾方面加強(qiáng)控制：

①采用蝸輪蝸桿及殼體分組選配

②并將間隙控制在3′以內(nèi)，可有效消除零公里異響，其他整車廠的研究也驗(yàn)證了該結(jié)論（見表2）。

③選用耐磨性更好的蝸輪蝸桿材料，表3對(duì)目前各供應(yīng)商蝸輪蝸桿材料做了對(duì)比，PA66+GF應(yīng)用趨勢逐步增加。使用加玻纖的蝸輪，同時(shí)需提高蝸桿的硬度。

④選用潤滑性能更好的潤滑油，控制加注量。

值得注意的是，并不是間隙控制的越小就越好，過小的間隙可能會(huì)引起其他轉(zhuǎn)向問題，如轉(zhuǎn)向沉重、回正性差等。因此，需要在不影響轉(zhuǎn)向性能的前提下，盡量控制減小間隙。

上述方案較好控制短里程rattle異響，但隨著里程增加，蝸輪蝸桿磨損加大，異響會(huì)逐步增大，無法根除。

2.2 （蝸輪蝸桿）變中心距產(chǎn)品

為根除rattle異響，目前（蝸輪蝸桿）間隙補(bǔ)償結(jié)構(gòu)得到了普及。目前各主要EPS供應(yīng)商均已完成間隙補(bǔ)償機(jī)構(gòu)開發(fā)，因涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其結(jié)構(gòu)各不相同，但設(shè)計(jì)理念基本一致，即通過彈性元件，將在蝸桿小浮動(dòng)軸承部位壓向蝸輪，使得蝸桿實(shí)現(xiàn)偏擺，保證蝸輪蝸桿傳動(dòng)過程中能夠始終保持嚙合，最終達(dá)到消除異響的目的。圖2展示了各供應(yīng)商間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)原理。

在進(jìn)行間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，尤其要注意彈性元件與蝸桿間的角度，當(dāng)蝸桿在順時(shí)針或逆時(shí)針方向上施加一定扭矩時(shí)，蝸桿尾端軸承處的合力方向應(yīng)遠(yuǎn)離蝸輪方向，且順、逆時(shí)針時(shí)受力差異盡量小，否則這個(gè)力會(huì)導(dǎo)致蝸輪蝸桿加速磨損，且左右磨損不一致。

3 排查和驗(yàn)收

rattle潛在原因較多，單靠技術(shù)人員耳朵很難準(zhǔn)確識(shí)別到聲源，建議排查時(shí)借助NVH設(shè)備，對(duì)各可疑位置進(jìn)行布點(diǎn)（圖3），采集NVH數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。如圖4所示，可以準(zhǔn)確識(shí)別到管柱殼體出有異常震動(dòng)，鎖定故障源。對(duì)問題進(jìn)行針對(duì)性分析，從而給出解決方案。

目前rattle業(yè)內(nèi)沒有統(tǒng)一的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，多由各企業(yè)質(zhì)量人員進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，表4展示了某整車廠主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)異響的程度，不能定量給出要求，只能進(jìn)行簡單描述，如：石條路、繩索路和搓板路允許有零星異響（不能特別明顯）;鵝卵石路允許少許連續(xù)聲響等等。

為準(zhǔn)確識(shí)別出異響，或者給出客觀判定標(biāo)準(zhǔn)，建議采集典型道路路譜，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架，真正建立異響-臺(tái)架數(shù)據(jù)關(guān)系圖。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)向異響是個(gè)系統(tǒng)性的問題，涉及到的潛在因素非常多（結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、工藝、生產(chǎn)、驗(yàn)證等），對(duì)問題分析和驗(yàn)證的能力要求也較高，且缺乏統(tǒng)一的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，往往在整車下線后，在道路試驗(yàn)時(shí)才能確認(rèn)是否有該問題發(fā)生，改進(jìn)周期受限，極大的困擾了研發(fā)人員。

對(duì)該問題管控，應(yīng)通過理論分析和試驗(yàn)相結(jié)合的思路，對(duì)異響原因進(jìn)行深入分析，對(duì)異響問題提前預(yù)防。建議主要通過以下方法進(jìn)行預(yù)防：

（1）建立完整的案例庫，對(duì)所有已發(fā)生問題進(jìn)行系統(tǒng)梳理。在設(shè)計(jì)方案評(píng)審階段，重點(diǎn)評(píng)審確認(rèn)有無風(fēng)險(xiǎn)。

（2）加強(qiáng)行業(yè)交流，對(duì)潛在或尚未遇到的問題，進(jìn)行深入分析，并完善進(jìn)DFMEA中。

（3）在整車開發(fā)的各階段，對(duì)各類異響進(jìn)行逐項(xiàng)確認(rèn)，盡可能提前發(fā)現(xiàn)問題。

（4）采集試驗(yàn)場各類道路路譜，轉(zhuǎn)化為臺(tái)架驗(yàn)證數(shù)據(jù)。建立異響-臺(tái)架數(shù)據(jù)關(guān)系圖。

參考文獻(xiàn)：

[1]Nefske D J. Vehicle interior Acoustic Design Using Finite Element Methods[J]. Int.J.of Vehicle Design，2007，（2）：97-103.

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[3]尹愛霞.C-EPS轉(zhuǎn)向管柱在顛簸路面異響的因素分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程.2017.1.