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干貨速遞|管柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響控制

2020-11-02 20:44:54·  來(lái)源：ATC汽車(chē)底盤(pán)  
　
一、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響綜述汽車(chē)EPS異響是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障模式，約占所有故障的90％。容易引起駕 駛員感觀不舒服和緊張，極端情況下會(huì)影響整車(chē)可靠性與安全性。近
一、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響綜述
 
汽車(chē)EPS異響是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障模式，約占所有故障的90％。容易引起駕 駛員感觀不舒服和緊張，極端情況下會(huì)影響整車(chē)可靠性與安全性。 
 
近幾年國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)EPS異響的研究越來(lái)越多，旨在研究EPS產(chǎn)生異響的內(nèi)因。優(yōu)化EPS的結(jié)構(gòu)，改良EPS組成構(gòu)件的材料屬性，為開(kāi)發(fā)低噪聲、可靠性高的EPS產(chǎn)品 奠定基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外對(duì)EPS異響多采用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行研究。然而由于研究缺少統(tǒng)一規(guī)劃 ，目前尚沒(méi)有提出解決該問(wèn)題的系統(tǒng)方法。 
 
EPS異響歸根到底屬于振動(dòng)與噪聲問(wèn)題，與一般NVH問(wèn)題分析手段和解決方法略有不同。異響的分析手段主要靠測(cè)試試驗(yàn)，從設(shè)計(jì)、工藝、制造、檢測(cè)等各環(huán)節(jié)進(jìn)行對(duì) 策；一般NVH主要有理論計(jì)算、有限元分析、試驗(yàn)等系統(tǒng)的分析手段、解決問(wèn)題主要 是設(shè)計(jì)更改。 
 
針對(duì)EPS異響問(wèn)題的理論建模和仿真不夠完善，試驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果不具備普遍意 義上的價(jià)值，通過(guò)理論建模和測(cè)試實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方式，探索EPS振動(dòng)規(guī)律與噪聲 輻射特性；研究間隙非線性振動(dòng)異響形成機(jī)制。揭示EPS間隙與振動(dòng)、噪聲之間的規(guī) 律，通過(guò)參數(shù)優(yōu)化與匹配，研究EPS間隙異響控制方法并在整車(chē)上進(jìn)行應(yīng)用。
1、EPS系統(tǒng)異響分類(lèi)
 
2、異響機(jī)理說(shuō)明
1）摩擦異響（Squeak） 
摩擦異響Squeak是兩個(gè)相互接觸的實(shí)體表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于兩個(gè)接觸表面發(fā)生粘滑 運(yùn)動(dòng)（Stick-Slip motion）產(chǎn)生的一種聲音。粘滑運(yùn)動(dòng)本身是低頻的，但引起的聲音通常是高頻的。粘滑的影響因素：
  • 接觸壓力 
  • 滑動(dòng)速度 
  • 表面特征 
  • 材料屬性 
  • 摩擦系數(shù)
 
2）碰撞異響（Rattle\Clunk） 
碰撞異響是由于沖擊引起的噪聲。低頻振動(dòng)接觸產(chǎn)生的 寬頻噪聲，主要能量集中在低頻。主要尺寸配合不當(dāng)， 間隙大，緩沖不夠等原因。
3、EPS系統(tǒng)潛在異響源及控制思路
 
產(chǎn)生噪聲的條件：相對(duì)運(yùn)動(dòng) 
控制思路：減小間隙，改善摩擦 
EPS系統(tǒng)中相對(duì)運(yùn)動(dòng)或接觸的位置都可能是潛在的異響源： 
旋轉(zhuǎn)（軸承、齒輪、蝸輪、蝸桿等）； 
平動(dòng)（齒條、壓塊、花鍵等）；
4、轉(zhuǎn)向器的異響源及控制
 
機(jī)械轉(zhuǎn)向器配合間隙主要有： 
①齒輪軸、軸承、軸承擋圈配合產(chǎn)生的間隙； 
②齒輪、齒條嚙合產(chǎn)生的間隙； 
③齒條與支撐襯套的配合產(chǎn)生的間隙； 
④內(nèi)外拉桿球頭配合間隙；
5、中間軸的異響源及控制
 
 
 
1、花鍵節(jié)叉連接 
2、扭轉(zhuǎn)間隙控制 
3、花鍵軸和花鍵管的配合
 
二、異響控制
1、軸承的選用和設(shè)計(jì)
滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中的內(nèi)部游隙的大小，對(duì)疲勞壽命、振動(dòng)、噪聲、溫升等軸承性能影響很大。因此，選擇軸承內(nèi)部游隙，對(duì)于已定結(jié)構(gòu)的軸承，是一項(xiàng)重要的研究項(xiàng)目。所謂游隙是軸承內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體之間的間隙量。即內(nèi)圈或外圈一方固定、另一方套圈 上下或左右方向移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)量、將鏡像和軸向的移動(dòng)量分別稱(chēng)作徑向游隙和軸向游隙。 
軸承游隙受配合、運(yùn)轉(zhuǎn)溫度條件影響而變化。理論上，工作游隙略為負(fù)數(shù)時(shí)，壽命最長(zhǎng)， 但實(shí)際使用時(shí)難于保持這種理想狀態(tài)，并且負(fù)的游隙量過(guò)大，壽命顯著下降。所以，一般以工作游隙略大于0來(lái)選擇軸承游隙，游隙過(guò)大，壽命縮短，運(yùn)動(dòng)精度下降，振動(dòng)和噪音增大。
 
工作游隙-裝配游隙-理論游隙
S=S0-S1- S2- S3+ S4 S—軸承的工作游隙 S0 —安裝前理論游隙 S1 —外圈過(guò)盈配合產(chǎn)生的游隙減小量 S2 —內(nèi)圈過(guò)盈配合產(chǎn)生的游隙減小量 S3 —內(nèi)圈與外圈的溫差產(chǎn)生的游隙減小量 S4 —負(fù)荷產(chǎn)生的游隙增加量（負(fù)荷產(chǎn)生的 游隙增加量較小，一般忽略不計(jì)）
 
4點(diǎn)接觸軸承的選用
 
2、蝸輪蝸桿材料匹配
蝸輪材料尼龍，目前EPS蝸輪所使用的材料主 要有PA6、PA12、PA66、PA46等，重點(diǎn)關(guān)注的 性能： 
材料強(qiáng)度 \耐磨損性能 \溫度濕度環(huán)境下的尺寸穩(wěn)定性 
蝸桿的表面處理工藝一般有： 
 調(diào)質(zhì)\高頻淬火\ 氮化
蝸輪蝸桿材料屬性、潤(rùn)滑脂性能及清潔度、蝸輪蝸桿齒面特征、表面粗糙度等都會(huì)影響蝸輪蝸 桿嚙合的磨損、摩擦性能，最可能產(chǎn)生碰撞和摩擦異響。
 
異響相容試驗(yàn)研究 
如果在使用狀態(tài)下，兩種材料不產(chǎn)生粘滑摩擦現(xiàn) 象（ stick-slip），則兩種材料可以被認(rèn)為是 異響相容的，否則是異響不相容的。
 
 
3、蝸輪蝸桿嚙合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
 
4、零部件工藝過(guò)程
 
 
減速機(jī)構(gòu)采用模塊化分組選配，保證嚙合間隙及力矩要求。
 
5、零部件下線噪音檢測(cè)
 
6、裝配質(zhì)量控制
儀表臺(tái)管梁（CCB，提供轉(zhuǎn)向管柱安裝）、副車(chē)架（提供轉(zhuǎn)向器的安裝）的制造精度、剛度及 強(qiáng)度對(duì)性能產(chǎn)生影響，必須加以約束管控。連接件的力矩及連接剛度也要重點(diǎn)關(guān)注。
 
7、驗(yàn)證評(píng)價(jià)
臺(tái)架驗(yàn)證分析
 
特殊試驗(yàn)道路驗(yàn)證
 
環(huán)境適應(yīng)性驗(yàn)證
 
8、異響問(wèn)題分析流程和方法
 
9、異響的預(yù)防
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響問(wèn)題是個(gè)系統(tǒng)性的問(wèn)題(設(shè)計(jì)、制造、檢控等方面)，涉及的控制要素 多(結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、工藝、制造、檢測(cè)、驗(yàn)證、裝配等)，分析和驗(yàn)證能力要求 高，所以各環(huán)節(jié)都要進(jìn)行對(duì)策和控制，才能實(shí)現(xiàn)好的結(jié)果.
更希望通過(guò)理論建模和試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的思路，對(duì)EPS的異響問(wèn)題進(jìn)行深入的研 究，通過(guò)前期的設(shè)計(jì)預(yù)防、CAE分析、試驗(yàn)評(píng)價(jià)等方法，對(duì)轉(zhuǎn)向異響問(wèn)題提前預(yù) 防，從而實(shí)現(xiàn)EPS異響問(wèn)題解決從被動(dòng)改進(jìn)轉(zhuǎn)向正向開(kāi)發(fā).
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