汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)換向噪聲問題優(yōu)化探討

楊志萍

摘要：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，一旦出現(xiàn)問題，就會增加汽車運(yùn)行的噪音污染，所以需要加大對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(jìn)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng);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(yùn)轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生較大的噪音，降低汽車乘坐的舒適性，為此，就需要對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)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(qiáng)汽車的實(shí)用性。

1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)換向噪聲問題概述

機(jī)械運(yùn)動中，噪音的產(chǎn)生與振動及聲粗糙度之間有著緊密聯(lián)系，振動是機(jī)械運(yùn)動的必然形式，而聲粗糙度則是車輛運(yùn)轉(zhuǎn)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(guān)系實(shí)行合理控制。在評價汽車噪音與振動關(guān)系中，主要是通過車內(nèi)噪音、系統(tǒng)及零部件運(yùn)轉(zhuǎn)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(yùn)用合理的定量標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàn)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(xùn)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(xùn)練的人員會造成一定影響，再往上的噪聲等級已經(jīng)屬于人們無法接受的范圍，且會對身體帶來嚴(yán)重影響。

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的噪音，主要是方向盤振動引起的，該現(xiàn)象會給NVH系統(tǒng)帶來不良影響。在科學(xué)技術(shù)水平快速發(fā)展的當(dāng)下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)從原有的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逐漸向電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向發(fā)展。對于一些發(fā)達(dá)國家來說，該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變已經(jīng)較為成熟，我國雖然在該方面技術(shù)的發(fā)展時間較短，但隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，在管柱式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到大力研究和應(yīng)用后，不僅解決了現(xiàn)存的噪音問題，也實(shí)現(xiàn)了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向發(fā)展的目標(biāo)，為汽車行業(yè)及相關(guān)企業(yè)帶來了較大的成本效益。

2 專項(xiàng)系統(tǒng)中常見的噪音類型

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的噪音問題主要是由于系統(tǒng)內(nèi)部各零部件在運(yùn)轉(zhuǎn)中相互影響造成的，要想解決該問題，就需要對系統(tǒng)及其零部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)來說，按照發(fā)動機(jī)工況及方向盤運(yùn)行狀態(tài)，可將共存在的噪聲問題劃分成以下幾種：

2.1 運(yùn)行噪聲

運(yùn)行噪聲是在駐車情況下，按照不同轉(zhuǎn)速對方向盤實(shí)行加固時發(fā)出的噪音，一般是由電機(jī)或軸承運(yùn)轉(zhuǎn)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(biāo)電機(jī)所發(fā)出的喀噠聲等。運(yùn)行噪聲是電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)行中最常見的噪音類型，由于噪音產(chǎn)生區(qū)域較為固定，集中在電機(jī)或軸承上，所以在查找噪音來源時，可直接對這兩部分內(nèi)容實(shí)行嚴(yán)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(tài)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(chǎn)生的噪聲。其與金屬撞擊聲類似，較為刺耳。瞬態(tài)噪聲的產(chǎn)生與系統(tǒng)內(nèi)零部件有著直接聯(lián)系，這類噪聲大多是由于零部件敲擊發(fā)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(chǎn)生該類噪聲的原因是系統(tǒng)內(nèi)部各零部件之間的潤滑效果不理想，零部件存在嚴(yán)重摩擦現(xiàn)象。

2.3換向噪聲

駐車情況下，以大于1赫茲的頻率勻速轉(zhuǎn)動方向盤，在換向過程中所發(fā)出的噪聲，一般以咯咯的寬頻帶噪聲為主，與金屬關(guān)門聲類似。這種噪聲是由于系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)振動中，存在一定間隙導(dǎo)致的。

3 某型號重型卡車換向噪聲分析與優(yōu)化

某重型卡車在原地打方向盤時會發(fā)出環(huán)向噪聲，在利用NVH對其進(jìn)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(shí)施合理改進(jìn)。通過上文論述了解到，換向噪聲的出現(xiàn)與零部件配合有著密切關(guān)系，所以在調(diào)查研究中，應(yīng)重點(diǎn)對零部件部位實(shí)行嚴(yán)格檢查。本次檢查采用對比分析的方式，確定噪聲產(chǎn)生原因。選取一臺有異響車和一臺無異響車進(jìn)行對比分析。利用三軸加速度傳感器分別對兩臺車上轉(zhuǎn)向器殼體部位、中間軸上節(jié)叉配合處、中間軸下節(jié)叉配合處、轉(zhuǎn)向管柱與轉(zhuǎn)向器擬合處這四個部位的信息數(shù)據(jù)予以采集，傳感器的數(shù)量控制在5臺左右，分別對傳感器收集的數(shù)據(jù)實(shí)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(shù)據(jù)，了解兩者之間的區(qū)別。

在機(jī)械設(shè)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(yōu)勢，且針對不同的機(jī)械設(shè)備故障問題，在使用中需要根據(jù)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(shù)據(jù)實(shí)施分析處理，了解機(jī)械設(shè)備噪聲產(chǎn)生的主要原因及影響。振動信號數(shù)據(jù)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(tài)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(fēng)中收集到的數(shù)據(jù)，實(shí)行了收集和整理，并生成較為準(zhǔn)確的聲壓數(shù)據(jù)對比圖，如圖1所示。

結(jié)合圖表內(nèi)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(jù)上述傳感器測得的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，對異響問題的原因進(jìn)行分析。本次研究對兩輛車相同的4個點(diǎn)實(shí)行數(shù)據(jù)觀測，并將這四個點(diǎn)用字母標(biāo)注出來，H轉(zhuǎn)向器殼體部位、B中間軸上節(jié)叉配合處、C中間軸下節(jié)叉配合處、D轉(zhuǎn)向及齒輪齒條擬合處。之后將收集到的數(shù)據(jù)信息以圖表的形式展現(xiàn)出來，便于工作人員直觀了解這四個觀測節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)變化情況。然后將兩輛車中B點(diǎn)和C點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)疊加在一起，完成對比分析，得出最終結(jié)論。由于本次研究采用的是三軸傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，測得數(shù)據(jù)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(xù)研究工作。

在無異響車振動數(shù)據(jù)收集分析過程中，選取其中一小段實(shí)施局部放大處理，并將放大后的數(shù)據(jù)內(nèi)容與原圖對比分析。從中可以了解到，無異響車中B點(diǎn)在X軸方向上存在的最大加速度值5;C點(diǎn)在X軸方向上的最大加速度值2。與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相比較可以看出，無異響車上B點(diǎn)和C點(diǎn)所產(chǎn)生的振動數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值的相差無幾，說明車輛轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，同樣選取某時段的振動數(shù)據(jù)實(shí)施放大對比，了解到有異響車中，B點(diǎn)和C點(diǎn)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(diǎn)的振動加速度明顯要高于其他點(diǎn)，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(diǎn)和C點(diǎn)放大后的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)有異響車B點(diǎn)橫軸方向上的振動參數(shù)與無異響車同方位數(shù)據(jù)不存在較大差異;而在C點(diǎn)上卻有著較為明顯的變動差異，差值達(dá)到6倍左右。

通過對比分析得出的結(jié)論為，該重型卡車上換向噪聲問題的產(chǎn)生與C點(diǎn)異常有著直接關(guān)系，在后續(xù)處理中，應(yīng)對C點(diǎn)的中間軸下節(jié)叉位置實(shí)行詳細(xì)檢查，并準(zhǔn)確檢測其與機(jī)械轉(zhuǎn)向及輸入軸聯(lián)合運(yùn)動的位置。在檢查中發(fā)現(xiàn)，造成換向噪聲的主要原因是，聯(lián)合運(yùn)動位置存在間隙過大的情況。經(jīng)過進(jìn)一步細(xì)致檢查，找出間隙過大產(chǎn)生的原因是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中所使用的零部件不是出于同一廠家的，零部件的規(guī)格、尺寸之間存在一定差異，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)較大間隙，進(jìn)而降低系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量，出現(xiàn)噪聲。最后利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對兩家供應(yīng)商的綜合能力實(shí)行對比，發(fā)現(xiàn)有異響車輸入軸的花鍵跨棒與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值近似，而無異響車則處在偏下區(qū)間內(nèi)，說明有異響車的花鍵跨棒較無異響車的要小。

由此可知，機(jī)械轉(zhuǎn)向輸入軸的差異就是產(chǎn)生重型卡車原地?fù)Q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(shí)行制作和更換，提升花間跨棒距的公差帶中值，減少與標(biāo)準(zhǔn)值間的差異，之后通過裝車跟蹤對車輛運(yùn)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(jié)束語

綜上所述，引發(fā)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)換向噪聲問題的原因有很多，在實(shí)際作業(yè)中，可通過對比分析的方式，確定換向噪聲產(chǎn)生的原因及問題產(chǎn)生區(qū)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(yùn)轉(zhuǎn)。

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