電動助力管柱顛簸路異響控制及預防

岳法　姜姍姍　劉春梅

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

關(guān)鍵詞：C-EPS 顛簸路 異響 預防

1 引言

隨著消費者對乘用車舒適性要求的提高，各大汽車廠商對車輛的NVH要求日益提升，尤其是新能源車輛取消了發(fā)動機，駕駛艙內(nèi)背景噪音進一步降低，消費者對振動和噪音更容易識別。有資料表明，汽車的振動和噪聲問題占據(jù)了整車故障問題的1/3，與此同時各大汽車公司在解決汽車振動和噪聲問題上的花費占了總開發(fā)費用的20%[1]。

目前電動助力轉(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)復雜，在顛簸路面行駛時易發(fā)生異響。管柱式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（以下簡稱C-EPS），其助力電機和減速機構(gòu)在駕駛室內(nèi)，距離駕駛員較近，在發(fā)生異響時更容易被駕駛員發(fā)覺，因此需要對C-EPS異響實施更加嚴格的控制。

有文獻表面，EPS有十余種異響模式（見表1），異響潛在的原因也非常復雜。作者在C-EPS整車項目開發(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，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，因無法自動調(diào)整蝸輪蝸桿進行，應從以下幾方面加強控制：

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對目前各供應商蝸輪蝸桿材料做了對比，PA66+GF應用趨勢逐步增加。使用加玻纖的蝸輪，同時需提高蝸桿的硬度。

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

在進行間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)設計時，尤其要注意彈性元件與蝸桿間的角度，當蝸桿在順時針或逆時針方向上施加一定扭矩時，蝸桿尾端軸承處的合力方向應遠離蝸輪方向，且順、逆時針時受力差異盡量小，否則這個力會導致蝸輪蝸桿加速磨損，且左右磨損不一致。

3 排查和驗收

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

目前rattle業(yè)內(nèi)沒有統(tǒng)一的驗收標準，多由各企業(yè)質(zhì)量人員進行主觀評價，表4展示了某整車廠主觀評價標準。

對異響的程度，不能定量給出要求，只能進行簡單描述，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。

為準確識別出異響，或者給出客觀判定標準，建議采集典型道路路譜，結(jié)合實驗室臺架，真正建立異響-臺架數(shù)據(jù)關(guān)系圖。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)向異響是個系統(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)、驗證等），對問題分析和驗證的能力要求也較高，且缺乏統(tǒng)一的驗收標準，往往在整車下線后，在道路試驗時才能確認是否有該問題發(fā)生，改進周期受限，極大的困擾了研發(fā)人員。

對該問題管控，應通過理論分析和試驗相結(jié)合的思路，對異響原因進行深入分析，對異響問題提前預防。建議主要通過以下方法進行預防：

（1）建立完整的案例庫，對所有已發(fā)生問題進行系統(tǒng)梳理。在設計方案評審階段，重點評審確認有無風險。

（2）加強行業(yè)交流，對潛在或尚未遇到的問題，進行深入分析，并完善進DFMEA中。

（3）在整車開發(fā)的各階段，對各類異響進行逐項確認，盡可能提前發(fā)現(xiàn)問題。

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

參考文獻：

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

[2]高家兵等.C-EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響問題改進研究[J].汽車仿真與測試，2018.6.

[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.