汽車轉向管柱異響問題探討

譚建

摘 要：某車型在整車試驗中出現的轉向系統傳來的“嘚嘚”異響聲。針對此問題，本文從問題確認分析、受力分析、制造過程確認、改進驗證等方面進行闡述探討。介紹此問題的解決思路和方法。并給出了改進和控制措施建議。

關鍵詞：轉向管柱;異響;脫落

駕駛員通過方向盤直接控制車輛進行轉向，因此轉向系統引起的異響與振動會直接傳遞給駕駛員，影響駕駛員的駕駛舒適性。所以，轉向系統在車輛行駛過程中不能發出干擾駕駛員的振動與異響[1]。某車型在開發時，發現在壞路試驗中從轉向系統傳來“嘚嘚”異響。本文針對此問題開展問題解決及驗證。

1 問題確認

該車型轉向系統采用管柱式電動助力轉向系統，其結構包括轉向器總成、轉向中間軸和轉向管柱總成幾大部分組成。見圖1所示。對轉向異響故障車的進行故障初步排查。分別對轉向管柱、轉向器、轉向中間軸進行逐一拆解試驗排查，發現轉向管柱的關聯性最大。拆開故障車，發現轉向管柱上安裝支架上的鑲塊均有松脫現象。

找6臺正常車并拆下其轉向管柱，并與此6臺故障車的轉向管柱（鑲塊脫落）進行互換。換裝結果：發現原正常車發生異響，原故障車則均無異響。

注：表1中車輛編號的狀態對應所在行（轉向管柱）和列（車輛）。

從以上可知，轉向異響的來源是轉向管柱上支架鑲塊松脫引起。后續分析原因、改進將圍繞轉向管柱鑲塊脫落進行。

2 原因分析

2.1 轉向管柱受力分析

首先對轉向管柱工作產生力對儀表支架、管柱及鑲塊等受力進行分析。

①打方向時減速機構（電機總成）殼體由儀表支架平衡，支架承受力偶矩63N.m（手力+助力）。

②轉向管柱上半管依靠軸承支承，并不承受轉向扭矩。但是儀表支架受到力偶矩后扭曲變形，迫使整個管柱總成擺動。

③鑲塊與管柱上支架依靠注塑粘連，管柱上支架隨管柱總成擺動，試圖擺脫鑲塊而松動（圖3）。

CAE分析結果：

①儀表臺支架扭曲變形，迫使管柱總成隨之擺動。

②如果無注塑粘連，支架相對鑲塊竄動0.43mm。

通過以上受力分析得出，在此設計中儀表支架剛不足，在操縱轉向時有可能導致鑲塊脫落，繼而產生轉向異響。

2.2 制造過程分析

在轉向管柱總成時，轉向管柱的角度調節手柄的一般要求保持鎖緊狀態。在裝配過程中供應商均要求將調節手柄保持鎖緊狀態，保證管柱安裝螺栓打緊時對鑲塊產生的力就是最終所受到的力。如果某個過程中將手柄打開，那在打緊螺栓后再鎖緊手柄，會對鑲塊產生額外的附加力，可能導致鑲塊載荷過大對鑲塊不利。經過在車間對轉向管柱及儀表支架部裝線進行跟蹤調查，總裝車間裝配工序如下：

從以上裝配工藝中可以發現，實際裝配過程中已經松開調節手柄。在打緊上螺栓前手柄是松開狀態，打緊后再次鎖緊。這對鑲塊產生額外附加力（圖4）。

2.3 零件狀態確認

2.3.1 儀表支架狀態確認

對故障車進行拆卸轉向管柱，然后調查與轉向管柱匹配的儀表支架上安裝孔面的狀態。同時在庫房隨機抽取9件儀表支架進行調查確認。發現存在不同程度的焊渣、凸起、凹陷缺陷，儀表支架安裝表面質量存在問題。

對儀表支架上轉向管柱安裝上支架進行尺寸檢測，結果顯示尺寸符合設計要求。

2.3.2 鑲塊脫出力確認

管柱上支架的鑲塊如果制造脫出力偏小，將會直接導致脫落及異響。在車間隨機抽取10件已經注塑完成的帶鑲塊的轉向管柱上支架，在實驗室鑲塊進行脫出力試驗。固定上支架，兩側鑲塊同時施加脫出方向的力，直至鑲塊脫出為止。同時記錄設備施加的力值。

隨機抽取的樣件鑲塊最大脫出力測試結果如表2）：

該車型設計最大脫出力為890N-2450N。實測10件支架的脫出力均滿足設計要求。

3 整改方案

3.1 儀表支架改進

針對儀表支架上轉向管柱安裝支架剛度不足問題，改進支架結構。措施包括：增加蓋板，改進增加支架板焊縫，取消減重孔改進板件設計。

改進后重新CAE分析，管柱上支架相對鑲塊竄動量由0.43mm下降到0.22mm，剛度提高50%，有效防止竄動異響（圖5）。

3.2 轉向管柱總成裝配工藝改進

調整改進轉向管柱在總裝的裝配工藝。新工藝如下，既考慮了總裝不好調整裝配的問題，又滿足打緊最終扭矩時調節手柄鎖緊狀態。

另外，加強對零件狀態加強質量管理控制，保證零件安裝面無質量問題。

4 方案驗證

將改進方案的儀表支架生產出來，確保零件質量滿足要求的前提下裝車。經過廠里QAP壞路驗證后，由主觀評價無異響發生，改進效果明顯。經拆解分析，轉向管柱鑲塊完好無松脫。改進方案有效。

5 結論

轉向管柱支架上的鑲塊容易多種因素影響脫落，鑲塊本身脫出力偏小、與之對應的儀表支架表面質量問題、儀表支架的剛度不足、裝配工藝等，均會導致鑲塊脫落。

經過分析得出，鑲塊脫落必然導致轉向異響。提升儀表支架上安裝轉向管柱的支架的剛度，可以在轉向工作時有效減小管柱上支架相對于鑲塊的相對竄動量。對于控制鑲塊脫落，降低轉向異響有較大貢獻。

轉向管柱裝配時保持調節手柄鎖緊，可降低鑲塊應力，防止鑲塊脫落產生異響。

參考文獻：

[1]黃巨成.C-EPS轉向管柱在壞路上異響問題探討[J]. 汽車科技，2019（2）：80-83.