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干货速递|管柱式电动助力转向系统异响控制

2020-11-02 20:44:54·  来源：ATC汽车底盘  
　
一、转向系统异响综述汽车EPS异响是转向系统最常见的故障模式，约占所有故障的90％。容易引起驾 驶员感观不舒服和紧张，极端情况下会影响整车可靠性与安全性。近
一、转向系统异响综述
 
汽车EPS异响是转向系统最常见的故障模式，约占所有故障的90％。容易引起驾 驶员感观不舒服和紧张，极端情况下会影响整车可靠性与安全性。 
 
近几年国内外学者针对EPS异响的研究越来越多，旨在研究EPS产生异响的内因。优化EPS的结构，改良EPS组成构件的材料属性，为开发低噪声、可靠性高的EPS产品 奠定基础。国内外对EPS异响多采用实验方法进行研究。然而由于研究缺少统一规划 ，目前尚没有提出解决该问题的系统方法。 
 
EPS异响归根到底属于振动与噪声问题，与一般NVH问题分析手段和解决方法略有不同。异响的分析手段主要靠测试试验，从设计、工艺、制造、检测等各环节进行对 策；一般NVH主要有理论计算、有限元分析、试验等系统的分析手段、解决问题主要 是设计更改。 
 
针对EPS异响问题的理论建模和仿真不够完善，试验验证测试结果不具备普遍意 义上的价值，通过理论建模和测试实验相结合的研究方式，探索EPS振动规律与噪声 辐射特性；研究间隙非线性振动异响形成机制。揭示EPS间隙与振动、噪声之间的规 律，通过参数优化与匹配，研究EPS间隙异响控制方法并在整车上进行应用。
1、EPS系统异响分类
 
2、异响机理说明
1）摩擦异响（Squeak） 
摩擦异响Squeak是两个相互接触的实体表面相对运动，由于两个接触表面发生粘滑 运动（Stick-Slip motion）产生的一种声音。粘滑运动本身是低频的，但引起的声音通常是高频的。粘滑的影响因素：
  • 接触压力 
  • 滑动速度 
  • 表面特征 
  • 材料属性 
  • 摩擦系数
 
2）碰撞异响（Rattle\Clunk） 
碰撞异响是由于冲击引起的噪声。低频振动接触产生的 宽频噪声，主要能量集中在低频。主要尺寸配合不当， 间隙大，缓冲不够等原因。
3、EPS系统潜在异响源及控制思路
 
产生噪声的条件：相对运动 
控制思路：减小间隙，改善摩擦 
EPS系统中相对运动或接触的位置都可能是潜在的异响源： 
旋转（轴承、齿轮、蜗轮、蜗杆等）； 
平动（齿条、压块、花键等）；
4、转向器的异响源及控制
 
机械转向器配合间隙主要有： 
①齿轮轴、轴承、轴承挡圈配合产生的间隙； 
②齿轮、齿条啮合产生的间隙； 
③齿条与支撑衬套的配合产生的间隙； 
④内外拉杆球头配合间隙；
5、中间轴的异响源及控制
 
 
 
1、花键节叉连接 
2、扭转间隙控制 
3、花键轴和花键管的配合
 
二、异响控制
1、轴承的选用和设计
滚动轴承运转中的内部游隙的大小，对疲劳寿命、振动、噪声、温升等轴承性能影响很大。因此，选择轴承内部游隙，对于已定结构的轴承，是一项重要的研究项目。所谓游隙是轴承内圈、外圈、滚动体之间的间隙量。即内圈或外圈一方固定、另一方套圈 上下或左右方向移动时的移动量、将镜像和轴向的移动量分别称作径向游隙和轴向游隙。 
轴承游隙受配合、运转温度条件影响而变化。理论上，工作游隙略为负数时，寿命最长， 但实际使用时难于保持这种理想状态，并且负的游隙量过大，寿命显著下降。所以，一般以工作游隙略大于0来选择轴承游隙，游隙过大，寿命缩短，运动精度下降，振动和噪音增大。
 
工作游隙-装配游隙-理论游隙
S=S0-S1- S2- S3+ S4 S—轴承的工作游隙 S0 —安装前理论游隙 S1 —外圈过盈配合产生的游隙减小量 S2 —内圈过盈配合产生的游隙减小量 S3 —内圈与外圈的温差产生的游隙减小量 S4 —负荷产生的游隙增加量（负荷产生的 游隙增加量较小，一般忽略不计）
 
4点接触轴承的选用
 
2、蜗轮蜗杆材料匹配
蜗轮材料尼龙，目前EPS蜗轮所使用的材料主 要有PA6、PA12、PA66、PA46等，重点关注的 性能： 
材料强度 \耐磨损性能 \温度湿度环境下的尺寸稳定性 
蜗杆的表面处理工艺一般有： 
 调质\高频淬火\ 氮化
蜗轮蜗杆材料属性、润滑脂性能及清洁度、蜗轮蜗杆齿面特征、表面粗糙度等都会影响蜗轮蜗 杆啮合的磨损、摩擦性能，最可能产生碰撞和摩擦异响。
 
异响相容试验研究 
如果在使用状态下，两种材料不产生粘滑摩擦现 象（ stick-slip），则两种材料可以被认为是 异响相容的，否则是异响不相容的。
 
 
3、蜗轮蜗杆啮合结构设计
 
4、零部件工艺过程
 
 
减速机构采用模块化分组选配，保证啮合间隙及力矩要求。
 
5、零部件下线噪音检测
 
6、装配质量控制
仪表台管梁（CCB，提供转向管柱安装）、副车架（提供转向器的安装）的制造精度、刚度及 强度对性能产生影响，必须加以约束管控。连接件的力矩及连接刚度也要重点关注。
 
7、验证评价
台架验证分析
 
特殊试验道路验证
 
环境适应性验证
 
8、异响问题分析流程和方法
 
9、异响的预防
转向系统异响问题是个系统性的问题(设计、制造、检控等方面)，涉及的控制要素 多(结构、尺寸、材料、工艺、制造、检测、验证、装配等)，分析和验证能力要求 高，所以各环节都要进行对策和控制，才能实现好的结果.
更希望通过理论建模和试验测试相结合的思路，对EPS的异响问题进行深入的研 究，通过前期的设计预防、CAE分析、试验评价等方法，对转向异响问题提前预 防，从而实现EPS异响问题解决从被动改进转向正向开发.
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