汽車轉向系統換向噪聲問題優化探討

楊志萍

摘要：汽車轉向系統在運轉過程中，一旦出現問題，就會增加汽車運行的噪音污染，所以需要加大對汽車轉向系統的研究力度，對存在的噪音問題，提出合理的解決方案，以促進系統的正常運轉。

關鍵詞：汽車轉向系統;噪音問題;解決方案

如今，汽車成為人們生活及出行的必備工具，市場對汽車的性能要求也在不斷提升。不過一些汽車在運轉過程中會產生較大的噪音，降低汽車乘坐的舒適性，為此，就需要對轉向系統進行合理研究，并針對存在的噪音問題，提出合理的解決措施，以降低噪音影響，加強汽車的實用性。

1 汽車轉向系統換向噪聲問題概述

機械運動中，噪音的產生與振動及聲粗糙度之間有著緊密聯系，振動是機械運動的必然形式，而聲粗糙度則是車輛運轉過程中，人們對噪聲感官印象的綜合評價。若想控制汽車的噪音，就需要對這三者之間關系實行合理控制。在評價汽車噪音與振動關系中，主要是通過車內噪音、系統及零部件運轉噪音和噪聲這三部分綜合判斷的。而聲粗糙度則是通過主客觀評價，運用合理的定量標準，對其予以等級劃分，從而了解人們對噪聲的接受程度，明確噪聲污染等級。

現階段，聲粗糙度被劃分為10個不同等級，9、10級的影響最為微弱，基本不會被人們察覺，而7、8等級的噪聲對于接受過訓練的人來說是可以接受的等級;5、6等級的噪聲屬于一個過渡階段，對于未接受過訓練的人員會造成一定影響，再往上的噪聲等級已經屬于人們無法接受的范圍，且會對身體帶來嚴重影響。

汽車轉向系統中的噪音，主要是方向盤振動引起的，該現象會給NVH系統帶來不良影響。在科學技術水平快速發展的當下，轉向系統已經從原有的液壓動力轉向系統逐漸向電動助力轉向系統的方向發展。對于一些發達國家來說，該系統的轉變已經較為成熟，我國雖然在該方面技術的發展時間較短，但隨著科學技術水平的提高，在管柱式電動助力轉向系統得到大力研究和應用后，不僅解決了現存的噪音問題，也實現了汽車轉向系統向電動助力轉向系統方向發展的目標，為汽車行業及相關企業帶來了較大的成本效益。

2 專項系統中常見的噪音類型

轉向系統中的噪音問題主要是由于系統內部各零部件在運轉中相互影響造成的，要想解決該問題，就需要對系統及其零部件運轉情況進行綜合分析與判斷，找出問題所在，制定合理解決措施。目前，針對管柱式電動助力轉向系統來說，按照發動機工況及方向盤運行狀態，可將共存在的噪聲問題劃分成以下幾種：

2.1 運行噪聲

運行噪聲是在駐車情況下，按照不同轉速對方向盤實行加固時發出的噪音，一般是由電機或軸承運轉所引起的。如噪聲頻率在100-300赫茲的隆隆聲，頻率在10-30赫茲的顫動聲、鼠標電機所發出的喀噠聲等。運行噪聲是電動轉向系統運行中最常見的噪音類型，由于噪音產生區域較為固定，集中在電機或軸承上，所以在查找噪音來源時，可直接對這兩部分內容實行嚴格檢查，并通過噪聲階次的分析快速找出故障位置。

2.2瞬態噪聲

該噪聲是汽車在鵝卵石路面行駛時，不同速度與鵝卵石路面摩擦過程中產生的噪聲。其與金屬撞擊聲類似，較為刺耳。瞬態噪聲的產生與系統內零部件有著直接聯系，這類噪聲大多是由于零部件敲擊發出的。如嗒嗒的碰擊聲，嗡嗡聲，還有刺耳的嘎吱聲，類似于老式木頭門的開門聲。而產生該類噪聲的原因是系統內部各零部件之間的潤滑效果不理想，零部件存在嚴重摩擦現象。

2.3換向噪聲

駐車情況下，以大于1赫茲的頻率勻速轉動方向盤，在換向過程中所發出的噪聲，一般以咯咯的寬頻帶噪聲為主，與金屬關門聲類似。這種噪聲是由于系統運轉振動中，存在一定間隙導致的。

3 某型號重型卡車換向噪聲分析與優化

某重型卡車在原地打方向盤時會發出環向噪聲，在利用NVH對其進行分析后，將噪聲等級確定為5級，屬于噪聲污染等級，需要對其實施合理改進。通過上文論述了解到，換向噪聲的出現與零部件配合有著密切關系，所以在調查研究中，應重點對零部件部位實行嚴格檢查。本次檢查采用對比分析的方式，確定噪聲產生原因。選取一臺有異響車和一臺無異響車進行對比分析。利用三軸加速度傳感器分別對兩臺車上轉向器殼體部位、中間軸上節叉配合處、中間軸下節叉配合處、轉向管柱與轉向器擬合處這四個部位的信息數據予以采集，傳感器的數量控制在5臺左右，分別對傳感器收集的數據實行整理和分析，選用合理分析方法得出兩臺車的噪聲及振動情況數據，了解兩者之間的區別。

在機械設備故障診斷中，較常使用的分析處理方式有三種，一是時域分析法，二是頻域分析法，三是時頻分析法。三種分析方法各有其優勢，且針對不同的機械設備故障問題，在使用中需要根據具體情況選用合理的分析方法。本次研究中，主要采用時域分析法，對收集到的信號數據實施分析處理，了解機械設備噪聲產生的主要原因及影響。振動信號數據大多以時間波形予以展示，較為直觀且便于理解，在分析過程中，一般會采用時域波形分析法，對不同狀態下波形的變化特征予以解析。

此外，在分析過程中，工作人員還對安裝在車廂附近靠近方向盤位置的麥克風中收集到的數據，實行了收集和整理，并生成較為準確的聲壓數據對比圖，如圖1所示。

結合圖表內容分析可以看出，有異響車的噪聲分貝明顯要高于無異響車。根據上述傳感器測得的相關數據結果，對異響問題的原因進行分析。本次研究對兩輛車相同的4個點實行數據觀測，并將這四個點用字母標注出來，H轉向器殼體部位、B中間軸上節叉配合處、C中間軸下節叉配合處、D轉向及齒輪齒條擬合處。之后將收集到的數據信息以圖表的形式展現出來，便于工作人員直觀了解這四個觀測節點中數據變化情況。然后將兩輛車中B點和C點位置的數據疊加在一起，完成對比分析，得出最終結論。由于本次研究采用的是三軸傳感器進行數據監測，測得數據供分為三組，且涵蓋三個不同方向，在分析過程中，要取最終的最大值開展后續研究工作。

在無異響車振動數據收集分析過程中，選取其中一小段實施局部放大處理，并將放大后的數據內容與原圖對比分析。從中可以了解到，無異響車中B點在X軸方向上存在的最大加速度值5;C點在X軸方向上的最大加速度值2。與基礎數據相比較可以看出，無異響車上B點和C點所產生的振動數據與標準值的相差無幾，說明車輛轉向過程中不存在明顯的振動情況。

通過相同的辦法對有異響車的振動數據進行對比分析，同樣選取某時段的振動數據實施放大對比，了解到有異響車中，B點和C點在X軸方向上的最大加速度為4和12，說明有異響車上，C點的振動加速度明顯要高于其他點，高于無異響車的同方位振動加速度。將無異響車與有異響車B點和C點放大后的數據參數進行對比，發現有異響車B點橫軸方向上的振動參數與無異響車同方位數據不存在較大差異;而在C點上卻有著較為明顯的變動差異，差值達到6倍左右。

通過對比分析得出的結論為，該重型卡車上換向噪聲問題的產生與C點異常有著直接關系，在后續處理中，應對C點的中間軸下節叉位置實行詳細檢查，并準確檢測其與機械轉向及輸入軸聯合運動的位置。在檢查中發現，造成換向噪聲的主要原因是，聯合運動位置存在間隙過大的情況。經過進一步細致檢查，找出間隙過大產生的原因是轉向系統及機械轉向系統中所使用的零部件不是出于同一廠家的，零部件的規格、尺寸之間存在一定差異，導致運轉過程中出現較大間隙，進而降低系統的運轉質量，出現噪聲。最后利用統計學方法對兩家供應商的綜合能力實行對比，發現有異響車輸入軸的花鍵跨棒與規定標準值近似，而無異響車則處在偏下區間內，說明有異響車的花鍵跨棒較無異響車的要小。

由此可知，機械轉向輸入軸的差異就是產生重型卡車原地換向噪聲的根本原因，在了解原因后，即可制定合理解決措施，減少噪聲問題的影響。具體解決措施為，重新對輸入軸實行制作和更換，提升花間跨棒距的公差帶中值，減少與標準值間的差異，之后通過裝車跟蹤對車輛運行中存在的噪聲問題予以檢測，確保問題得到有效解決。

4 結束語

綜上所述，引發汽車轉向系統換向噪聲問題的原因有很多，在實際作業中，可通過對比分析的方式，確定換向噪聲產生的原因及問題產生區域，之后采用合理措施降低噪聲問題的影響，以此保障車輛的正常運轉。

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