C-EPS轉(zhuǎn)向管柱在壞路上異響問題探討

黃巨成 張海源 朱釗 古紅曉

摘? 要：某車型在試生產(chǎn)期間，發(fā)現(xiàn)整車在壞路做動(dòng)態(tài)路試時(shí)，前底盤與方向盤之間傳遞一種click異響。針對(duì)此異響，從測(cè)試、分析、驗(yàn)證以及最終制定解決方案四個(gè)維度介紹了解決此次問題的思路與方法。為后續(xù)異響解決提供一種參考。

關(guān)鍵詞：C-EPS;蝸輪箱;振響

中圖分類號(hào)：U461.5+6? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2019）02-0080-04

前言

汽車在工作時(shí)各機(jī)構(gòu)存在的振動(dòng)，會(huì)發(fā)出多種性質(zhì)的響聲，有的響聲頻率較快、聲音較大，就會(huì)形成異響。

用來改變或保持汽車行駛或倒退方向的一系列裝置稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（steering system）[1]。駕駛員通過方向盤直接控制車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)向，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引起的異響與振動(dòng)會(huì)直接傳遞給駕駛員，影響駕駛員的駕駛舒適性。所以，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在車輛行駛過程中不能發(fā)出干擾駕駛員的振動(dòng)與異響。

1? ? 問題確認(rèn)

圖1為某車型搭載的管柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由C-EPS（管柱式助力電動(dòng)轉(zhuǎn)向管柱帶中間軸總成，下文簡(jiǎn)稱C-EPS）和機(jī)械轉(zhuǎn)向器帶橫拉桿總成（MSG）。

此車型在生產(chǎn)試制階段，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過壞路面或者碎石路面時(shí)（如圖1所示），前底盤與方向盤之間出現(xiàn)click異響。經(jīng)過實(shí)車確認(rèn)排除轉(zhuǎn)向機(jī)引起的異響。初步鎖定異響為轉(zhuǎn)向管柱附近出現(xiàn)連續(xù)的類似“嘚嘚”聲。針對(duì)此異響利用設(shè)備進(jìn)行精確的異響部位鎖定。

利用LMS振動(dòng)噪聲測(cè)試分析儀三通道振動(dòng)測(cè)試儀，在轉(zhuǎn)向管柱疑似異響點(diǎn)貼傳感器測(cè)試。

車輛以15Km/h速度經(jīng)過壞路面或者碎石路面時(shí)，通過傳感器測(cè)試振動(dòng)聲源及方向。

由圖5可以看出振動(dòng)發(fā)生在車輛的X方向。表現(xiàn)為中間軸上節(jié)叉振動(dòng)較大。從圖4中傳感器位置可以排除掉轉(zhuǎn)向機(jī)因素。

圖4中間軸上端十字軸測(cè)試結(jié)果顯示也是為X向有明顯兩處振動(dòng)。將中間軸總成間隙從10′縮小到總成間隙7.2′與7.0′進(jìn)行驗(yàn)證，異響無任何改善。排除掉中間軸十字軸間隙導(dǎo)致的異響。因此，異響位置初步鎖定為圖3中減速機(jī)構(gòu)內(nèi)部的徑向竄動(dòng)。

2? ? 異響部位結(jié)構(gòu)分析

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，EPS）是一種依靠電機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)矩的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要由傳感器（轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角傳感器）、助力電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、控制器等組成[3]。

減速機(jī)構(gòu)主要包括蝸輪箱、電機(jī)、蝸輪、蝸桿，其中蝸輪箱、蝸桿、蝸輪三者之間的配合間隙，直接關(guān)系到轉(zhuǎn)向管柱總成的間隙。如果配合間隙過大則會(huì)由于振動(dòng)產(chǎn)生撞擊異響，如果間隙過小則會(huì)影響到作用在方向盤上的手力與車輛的主動(dòng)回正。

圖6為本文分析的減速機(jī)構(gòu)剖面圖。蝸桿的軸向由兩端一大一小軸承限位，蝸桿徑向由蝸輪與電機(jī)的配合限位。徑向振動(dòng)主要懷疑為大小軸承的徑向跳動(dòng)或者蝸桿的徑向擺動(dòng)。

從圖6中左側(cè)可以看出蝸桿小軸承端與蝸輪箱為間隙配合。由于此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為蝸桿與蝸輪的中心距可以進(jìn)行調(diào)整，通過蝸桿的擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)中心距可調(diào)。所以將蝸桿的擺動(dòng)調(diào)整端放在了小軸承端。

通過圖7的剖視圖可以看出，間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)處，渦輪箱殼體內(nèi)徑與小軸承為偏心圓，間隙調(diào)整范圍為0.10-0.20mm。

由于小軸承與殼體之間屬于剛性接觸，所以當(dāng)?shù)孛娼o予輪胎沖擊較大，頻率較高時(shí)，軸承與殼體之間就會(huì)頻繁出現(xiàn)碰撞，產(chǎn)生異響。所以，針對(duì)上述分析，出具下面的整改方案進(jìn)行驗(yàn)證。尋求最優(yōu)的異響解決方案。

3? ? 整改方案

針對(duì)蝸桿小軸承端與蝸輪箱處，為了消除軸承與蝸輪箱的剛性接觸，增加柔性連接。將軸承與蝸桿用尼龍襯套（圖中紅色，厚度1mm）隔離，進(jìn)行實(shí)車評(píng)測(cè)。如下圖8所示：

并同時(shí)開展多項(xiàng)優(yōu)化方案，目的在于將異響對(duì)車輛駕乘人員的影響降為最低。詳細(xì)的驗(yàn)證方案及評(píng)價(jià)效果詳見上表1中所述。根據(jù)表1中驗(yàn)證結(jié)果得出如下結(jié)論：

此次轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生的異響處為：小軸承與蝸輪箱間隙配合引起的金屬碰撞異響。

最終整改的具體方案為（見圖9）：

1.在蝸桿小軸承處增加保護(hù)套（材料為尼龍或者EPDM+O型圈），將剛性接觸改為柔性接觸;

2.小軸承與蝸桿的配合改為過盈配合，消除小軸承與蝸桿的間隙;

3.間隙調(diào)整彈簧力加大，由20N增大到30N。當(dāng)受到振動(dòng)激勵(lì)后減小蝸桿的擺動(dòng)。

4? ? 方案驗(yàn)證

4.1? ?實(shí)車驗(yàn)證

將最終方案按照嚴(yán)格的機(jī)械加工工藝與公差尺寸要求進(jìn)行工裝件生產(chǎn)，裝配10臺(tái)份樣件[4]。搭載實(shí)車，進(jìn)行動(dòng)態(tài)路試驗(yàn)證，車速為15-20km/h，勻速行駛。異響小組人員作為駕駛員進(jìn)行實(shí)車確認(rèn)，人耳評(píng)判無振響出現(xiàn)。方向盤手力適中，主動(dòng)回正速度符合設(shè)計(jì)要求，回正過程中方向盤無卡滯，主動(dòng)回正結(jié)束后方向盤殘余角滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2? ?臺(tái)架試驗(yàn)

根據(jù)整車安裝角度，將轉(zhuǎn)向管柱總成搭建臺(tái)架進(jìn)行驗(yàn)證。通過正逆向臺(tái)架耐久驗(yàn)證，確保耐久后小軸承與蝸桿的間隙、蝸桿與蝸輪的間隙滿足產(chǎn)品性能要求。同時(shí)對(duì)新增加的尼龍襯套的材料進(jìn)行材料試驗(yàn)與性能檢測(cè)，保證材料的可靠性。本文采取的異響方案，經(jīng)臺(tái)架耐久試驗(yàn)驗(yàn)證后滿足零部件性能要求。

5? ? 結(jié)語

對(duì)于C-EPS，蝸輪箱、蝸輪、蝸桿以及電機(jī)的配合結(jié)構(gòu)和間隙對(duì)于轉(zhuǎn)向管柱的性能具有非常大的影響，各元件之間良好的配合可以提高EPS的駕駛感覺，如果出現(xiàn)較大結(jié)構(gòu)間隙則會(huì)通過方向盤直接傳遞給駕駛員，引起駕駛員的煩躁與抱怨，從而影響駕乘舒適感。

本文通過分析測(cè)試儀檢測(cè)到的蝸輪蝸桿振動(dòng)噪聲曲線圖，得出異響來源于軸承與蝸桿箱的配合處，參考行業(yè)內(nèi)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)此處進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終結(jié)合裝車驗(yàn)證效果，解決了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響的問題。通過這種方法，縮短了驗(yàn)證周期，降低了試驗(yàn)驗(yàn)證費(fèi)用，并取得良好的改進(jìn)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 郭廷，齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向器異響分析及改進(jìn)[J].2017.

[5]王文龍，陳自新，汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響問題分析研究[J].2014.

[6]趙福利，有關(guān)汽車底盤異響故障的辨別與診斷分析[J].中國機(jī)械.2014.