朱志剛　辛慶鋒　徐梅梅　胡飛　常文楠

摘 要：在當(dāng)前的車(chē)輛開(kāi)發(fā)中，傳統(tǒng)的燃油車(chē)、電動(dòng)車(chē)的都已實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動(dòng)助力，但轉(zhuǎn)向系統(tǒng)增加了蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，并且電機(jī)進(jìn)行助力驅(qū)動(dòng)，這導(dǎo)致在蝸輪蝸桿以及與電機(jī)配合結(jié)構(gòu)、尺寸、公差的影響，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在過(guò)一些特殊路況下產(chǎn)生轉(zhuǎn)向異響。文章介紹了EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在過(guò)鵝卵石、繩索路等特殊路況是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)易產(chǎn)生異響，通過(guò)對(duì)空載力矩、蝸輪蝸桿的配合以及電機(jī)與蝸桿的配合型式對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特殊路況異響。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 空載力矩 轉(zhuǎn)向異響

1 引言

隨著汽車(chē)發(fā)展轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能及要求也在逐步的提高，同時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中重點(diǎn)需要關(guān)注轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件的可靠性同時(shí)也要規(guī)避轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的異響問(wèn)題，乘用車(chē)采用EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是普遍情況，而EPS除了給客戶(hù)帶來(lái)更好轉(zhuǎn)向駕駛感的同時(shí)，也能集成智能駕駛的功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能對(duì)整車(chē)的橫向進(jìn)行控制，但EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要通過(guò)助力單元進(jìn)行EPS的控制，增加了蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)或者帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在工作過(guò)程中在一些特殊路面，特別是鵝卵石、繩索路、比利時(shí)路面時(shí)，車(chē)速在10km/h，蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)或者帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)被路面的反饋激勵(lì)起振動(dòng)造成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響問(wèn)題。

文章主要針對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在鵝卵石、繩索路、比利時(shí)路產(chǎn)生的異響進(jìn)行分析可能的原因，通過(guò)優(yōu)化蝸輪蝸桿的配比、蝸桿與控制器的連接方式等方向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向異響的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)型式的EPS進(jìn)行分析結(jié)構(gòu)型式，通過(guò)優(yōu)化蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)、匹配、蝸輪的加工型式以及合理的選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)方式消除轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在特殊路段的異響問(wèn)題，為后續(xù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)及實(shí)踐借鑒意義，規(guī)避產(chǎn)品后續(xù)開(kāi)發(fā)中出現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題。

2 特殊路段轉(zhuǎn)向異響的機(jī)理

以轉(zhuǎn)向管柱助力的EPS系統(tǒng)進(jìn)行分析，車(chē)輛在過(guò)一些特殊路面時(shí)會(huì)通過(guò)路面激勵(lì)使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生“噠噠-噠噠”異響聲，從產(chǎn)生的機(jī)理上是輪胎將地面的振動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)向器、中間軸傳遞到轉(zhuǎn)向管柱的蝸輪蝸桿、蝸桿與電機(jī)連接部位，而這些配合部位由于尺寸配合和安裝的要求存在間隙，這就導(dǎo)致振動(dòng)傳遞上來(lái)在這些部位相互接觸時(shí)產(chǎn)生異響，產(chǎn)生異響的部位有可能是蝸輪蝸桿接觸部位，也有可能是電機(jī)與蝸桿配合連接部位，針對(duì)這些部位的異響需要控制轉(zhuǎn)向空載力矩，優(yōu)化蝸輪蝸桿的匹配，蝸桿軸承的選型，蝸桿與電機(jī)的連接等型式都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向異響有貢獻(xiàn)，如圖1所示。

3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化改善異響的方案

3.1 蝸輪蝸桿的匹配及空載力矩

EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪帶動(dòng)管柱轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)將電機(jī)的助力放大，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力。轉(zhuǎn)向異響通過(guò)地面?zhèn)鬟f上的力矩對(duì)蝸輪蝸桿處產(chǎn)生作用，地面的激勵(lì)會(huì)使得蝸輪快速的來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪與蝸桿配合匹配不當(dāng)將產(chǎn)生異響，同時(shí)對(duì)應(yīng)蝸輪蝸桿的空載扭矩過(guò)小不能有效抑制傳遞上來(lái)激勵(lì)給蝸桿的沖擊也會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向異響的情況，所以在設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿是需要將蝸輪和蝸桿進(jìn)行分檔匹配，保證蝸輪蝸桿的嚙合距離，對(duì)蝸桿進(jìn)行分檔與蝸輪匹配在保證中心距要求的情況，也對(duì)空載力矩進(jìn)行了范圍的控制，一般情況下空載力矩控制范圍在2.0N.m-3.5N.m的范圍值，通過(guò)對(duì)空載扭矩的要求和蝸桿分檔控制來(lái)抑制轉(zhuǎn)向異響，蝸輪蝸桿的配合，如圖２所示。

蝸桿的參數(shù)

齒部采用精磨齒（磨齒Rz≤0.4） 滾光（滾光Rz≤ 0.2）工藝

蝸桿精度等級(jí) 7 GB 10089

蝸輪的參數(shù)

蝸輪齒面粗糙度Rz≤1.6

蝸輪精度等級(jí) 7 GB 10089

對(duì)于蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)整蝸桿的分檔控制以及空載力矩進(jìn)行控制，能有效的將轉(zhuǎn)向異響進(jìn)行抑制，蝸輪蝸桿的精度和表面粗糙度也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向異響產(chǎn)生影響，需要嚴(yán)格控制，并且避免蝸輪在匹配蝸桿過(guò)程出現(xiàn)多次更改蝸桿導(dǎo)致蝸輪多個(gè)接觸嚙合面，也易產(chǎn)生轉(zhuǎn)向異響的問(wèn)題，可以通過(guò)不帶電機(jī)空載力矩檢測(cè)一次對(duì)蝸輪蝸桿的匹配進(jìn)行篩選，合格后再對(duì)蝸輪蝸桿磨合，完成后在帶電機(jī)空載力矩檢測(cè)，這樣來(lái)保證蝸輪蝸桿接觸面的充分結(jié)合，同時(shí)可以將空載力矩控制在需求范圍內(nèi)。如圖示為蝸輪與不同蝸桿匹配導(dǎo)致嚙合多接觸面。

3.2 蝸桿與電機(jī)的配合方式

蝸桿與電機(jī)連接匹配的方式現(xiàn)在主流結(jié)構(gòu)是采用四爪聯(lián)軸器型式配減震墊結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能有解決電機(jī)與蝸桿同軸問(wèn)題，但減重墊采用橡膠結(jié)構(gòu)，要求他的可靠性和耐久性要好，這也使得不同的EPS供應(yīng)商開(kāi)發(fā)出有各自不同的聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)，來(lái)改善轉(zhuǎn)向異響問(wèn)題，同時(shí)對(duì)于電機(jī)傳遞的扭矩能快速的影響。合資主流供應(yīng)商如ZF、博世、耐世特等都有各自的設(shè)計(jì)方案，國(guó)內(nèi)自主供應(yīng)商則主要以常規(guī)的四爪結(jié)構(gòu)來(lái)開(kāi)發(fā)EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。四爪結(jié)構(gòu)以及衍生的不同聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如圖4所示。

除了四爪結(jié)構(gòu)外還有以日本NSK開(kāi)發(fā)的花鍵結(jié)構(gòu)也有在使用產(chǎn)品，但采用該結(jié)構(gòu)要求對(duì)于蝸桿與電機(jī)配合的同軸度要求高，內(nèi)外花鍵配合的，對(duì)于電機(jī)外花鍵的跳動(dòng)需要控制≤0.032mm，電機(jī)法蘭與蝸輪箱安裝面的垂直度要求控制在≤0.1mm，并且在目前使用過(guò)程中該結(jié)構(gòu)在鵝卵石路面產(chǎn)生異響的頻率較高，主要是內(nèi)外花鍵配合屬于剛性連接對(duì)于路面?zhèn)鬟f上來(lái)的激勵(lì)無(wú)法有效的衰減，所以?xún)?nèi)外花鍵結(jié)構(gòu)對(duì)于轉(zhuǎn)向異響特別是在鵝卵石、繩索路異響問(wèn)題更容易產(chǎn)生，在生產(chǎn)、裝配過(guò)程中對(duì)于花鍵的加工以及電機(jī)花鍵調(diào)動(dòng)和安裝面的垂直度要求較高，而四爪結(jié)構(gòu)減震墊能吸收沖擊，可以有效解決轉(zhuǎn)向異響。如圖對(duì)比花鍵結(jié)構(gòu)和聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)型式。

3.3 蝸桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

蝸桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般為2頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，蝸輪與蝸桿配合時(shí)通過(guò)在蝸桿端部增加調(diào)整間隙結(jié)構(gòu)來(lái)保證蝸桿與蝸輪能貼合緊密，轉(zhuǎn)向管柱在工作過(guò)程中蝸輪與蝸桿能時(shí)時(shí)接觸，保證在轉(zhuǎn)向換向過(guò)程中蝸輪蝸桿不會(huì)產(chǎn)生換向異響的問(wèn)題，同時(shí)也能使得路面反饋上來(lái)的沖擊在蝸輪和蝸桿充分壓緊接觸的情況也能減小在特殊路面上轉(zhuǎn)向異響問(wèn)題，設(shè)計(jì)調(diào)整間隙結(jié)構(gòu)時(shí)需要保證預(yù)壓緊力垂直壓緊蝸桿已保證蝸桿能有效的貼合蝸輪使得轉(zhuǎn)向過(guò)程中手力平順，并且對(duì)于轉(zhuǎn)向異響也能有效的抑制。

蝸桿與殼體的固定也需要進(jìn)行控制，蝸桿除了在端部進(jìn)行預(yù)緊力的壓緊來(lái)保證貼緊，同時(shí)也要對(duì)轉(zhuǎn)向管柱的空載力矩進(jìn)行保證，這也需要蝸桿能在工作過(guò)程中對(duì)于軸向力進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，所以蝸桿與蝸輪箱安裝配合時(shí)選用的軸承采用擺動(dòng)軸承，提供蝸桿的角度擺動(dòng)，同時(shí)擺動(dòng)量不影響蝸桿的預(yù)緊效果如圖。

蝸桿與電機(jī)連接過(guò)程中為了減少電機(jī)的軸向竄動(dòng)產(chǎn)生異響，通常采用軸向緩沖彈簧來(lái)規(guī)避電機(jī)及蝸桿的軸向竄動(dòng)，通過(guò)裝配后彈簧對(duì)蝸桿及電機(jī)軸支撐，而路面?zhèn)鬟f上的激勵(lì)這時(shí)通過(guò)彈簧變形進(jìn)行吸收將振動(dòng)進(jìn)行消減如圖9。

對(duì)于轉(zhuǎn)向管柱EPS轉(zhuǎn)向異響問(wèn)題主要問(wèn)題點(diǎn)集中在蝸輪蝸桿配合以及與蝸桿和電機(jī)配合方式，在實(shí)際使用過(guò)程中如何避免轉(zhuǎn)向異響問(wèn)題需要綜合考慮空載力矩的大小，同時(shí)蝸輪蝸桿的匹配值，蝸桿與電機(jī)的連接型式以及電機(jī)端部本身波形彈簧的支持力（80N～120N）都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向異響產(chǎn)生影響，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程如何將轉(zhuǎn)向異響在鵝卵石路、繩索路規(guī)避是設(shè)計(jì)前期基于以往經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行改進(jìn)，以上是通過(guò)幾方面進(jìn)行分析研究可能會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向異響的問(wèn)題點(diǎn)。

4 結(jié)論

（1）文章對(duì)轉(zhuǎn)向異響進(jìn)行了初步的分析以及評(píng)估各個(gè)零部件對(duì)異響的影響。

（2）通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向管柱空載力矩、蝸輪蝸桿的配合型式、聯(lián)軸器的型式。

（3）文章對(duì)轉(zhuǎn)向異響問(wèn)題進(jìn)行了闡述，對(duì)于影響轉(zhuǎn)向異響的部件進(jìn)行分析說(shuō)明，可以在開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)行借鑒，避免在特殊路面鵝卵石、繩索路的異響問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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