汽车转向系统换向噪声问题优化探讨

杨志萍

摘要：汽车转向系统在运转过程中，一旦出现问题，就会增加汽车运行的噪音污染，所以需要加大对汽车转向系统的研究力度，对存在的噪音问题，提出合理的解决方案，以促进系统的正常运转。

关键词：汽车转向系统;噪音问题;解决方案

如今，汽车成为人们生活及出行的必备工具，市场对汽车的性能要求也在不断提升。不过一些汽车在运转过程中会产生较大的噪音，降低汽车乘坐的舒适性，为此，就需要对转向系统进行合理研究，并针对存在的噪音问题，提出合理的解决措施，以降低噪音影响，加强汽车的实用性。

1 汽车转向系统换向噪声问题概述

机械运动中，噪音的产生与振动及声粗糙度之间有着紧密联系，振动是机械运动的必然形式，而声粗糙度则是车辆运转过程中，人们对噪声感官印象的综合评价。若想控制汽车的噪音，就需要对这三者之间关系实行合理控制。在评价汽车噪音与振动关系中，主要是通过车内噪音、系统及零部件运转噪音和噪声这三部分综合判断的。而声粗糙度则是通过主客观评价，运用合理的定量标准，对其予以等级划分，从而了解人们对噪声的接受程度，明确噪声污染等级。

现阶段，声粗糙度被划分为10个不同等级，9、10级的影响最为微弱，基本不会被人们察觉，而7、8等级的噪声对于接受过训练的人来说是可以接受的等级;5、6等级的噪声属于一个过渡阶段，对于未接受过训练的人员会造成一定影响，再往上的噪声等级已经属于人们无法接受的范围，且会对身体带来严重影响。

汽车转向系统中的噪音，主要是方向盘振动引起的，该现象会给NVH系统带来不良影响。在科学技术水平快速发展的当下，转向系统已经从原有的液压动力转向系统逐渐向电动助力转向系统的方向发展。对于一些发达国家来说，该系统的转变已经较为成熟，我国虽然在该方面技术的发展时间较短，但随着科学技术水平的提高，在管柱式电动助力转向系统得到大力研究和应用后，不仅解决了现存的噪音问题，也实现了汽车转向系统向电动助力转向系统方向发展的目标，为汽车行业及相关企业带来了较大的成本效益。

2 专项系统中常见的噪音类型

转向系统中的噪音问题主要是由于系统内部各零部件在运转中相互影响造成的，要想解决该问题，就需要对系统及其零部件运转情况进行综合分析与判断，找出问题所在，制定合理解决措施。目前，针对管柱式电动助力转向系统来说，按照发动机工况及方向盘运行状态，可将共存在的噪声问题划分成以下几种：

2.1 运行噪声

运行噪声是在驻车情况下，按照不同转速对方向盘实行加固时发出的噪音，一般是由电机或轴承运转所引起的。如噪声频率在100-300赫兹的隆隆声，频率在10-30赫兹的颤动声、鼠标电机所发出的喀哒声等。运行噪声是电动转向系统运行中最常见的噪音类型，由于噪音产生区域较为固定，集中在电机或轴承上，所以在查找噪音来源时，可直接对这两部分内容实行严格检查，并通过噪声阶次的分析快速找出故障位置。

2.2瞬态噪声

该噪声是汽车在鹅卵石路面行驶时，不同速度与鹅卵石路面摩擦过程中产生的噪声。其与金属撞击声类似，较为刺耳。瞬态噪声的产生与系统内零部件有着直接联系，这类噪声大多是由于零部件敲击发出的。如嗒嗒的碰击声，嗡嗡声，还有刺耳的嘎吱声，类似于老式木头门的开门声。而产生该类噪声的原因是系统内部各零部件之间的润滑效果不理想，零部件存在严重摩擦现象。

2.3换向噪声

驻车情况下，以大于1赫兹的频率匀速转动方向盘，在换向过程中所发出的噪声，一般以咯咯的宽频带噪声为主，与金属关门声类似。这种噪声是由于系统运转振动中，存在一定间隙导致的。

3 某型号重型卡车换向噪声分析与优化

某重型卡车在原地打方向盘时会发出环向噪声，在利用NVH对其进行分析后，将噪声等级确定为5级，属于噪声污染等级，需要对其实施合理改进。通过上文论述了解到，换向噪声的出现与零部件配合有着密切关系，所以在调查研究中，应重点对零部件部位实行严格检查。本次检查采用对比分析的方式，确定噪声产生原因。选取一台有异响车和一台无异响车进行对比分析。利用三轴加速度传感器分别对两台车上转向器壳体部位、中间轴上节叉配合处、中间轴下节叉配合处、转向管柱与转向器拟合处这四个部位的信息数据予以采集，传感器的数量控制在5台左右，分别对传感器收集的数据实行整理和分析，选用合理分析方法得出两台车的噪声及振动情况数据，了解两者之间的区别。

在机械设备故障诊断中，较常使用的分析处理方式有三种，一是时域分析法，二是频域分析法，三是時频分析法。三种分析方法各有其优势，且针对不同的机械设备故障问题，在使用中需要根据具体情况选用合理的分析方法。本次研究中，主要采用时域分析法，对收集到的信号数据实施分析处理，了解机械设备噪声产生的主要原因及影响。振动信号数据大多以时间波形予以展示，较为直观且便于理解，在分析过程中，一般会采用时域波形分析法，对不同状态下波形的变化特征予以解析。

此外，在分析过程中，工作人员还对安装在车厢附近靠近方向盘位置的麦克风中收集到的数据，实行了收集和整理，并生成较为准确的声压数据对比图，如图1所示。

结合图表内容分析可以看出，有异响车的噪声分贝明显要高于无异响车。根据上述传感器测得的相关数据结果，对异响问题的原因进行分析。本次研究对两辆车相同的4个点实行数据观测，并将这四个点用字母标注出来，H转向器壳体部位、B中间轴上节叉配合处、C中间轴下节叉配合处、D转向及齿轮齿条拟合处。之后将收集到的数据信息以图表的形式展现出来，便于工作人员直观了解这四个观测节点中数据变化情况。然后将两辆车中B点和C点位置的数据叠加在一起，完成对比分析，得出最终结论。由于本次研究采用的是三轴传感器进行数据监测，测得数据供分为三组，且涵盖三个不同方向，在分析过程中，要取最终的最大值开展后续研究工作。

在无异响车振动数据收集分析过程中，选取其中一小段实施局部放大处理，并将放大后的数据内容与原图对比分析。从中可以了解到，无异响车中B点在X轴方向上存在的最大加速度值5;C点在X轴方向上的最大加速度值2。与基础数据相比较可以看出，无异响车上B点和C点所产生的振动数据与标准值的相差无几，说明车辆转向过程中不存在明显的振动情况。

通過相同的办法对有异响车的振动数据进行对比分析，同样选取某时段的振动数据实施放大对比，了解到有异响车中，B点和C点在X轴方向上的最大加速度为4和12，说明有异响车上，C点的振动加速度明显要高于其他点，高于无异响车的同方位振动加速度。将无异响车与有异响车B点和C点放大后的数据参数进行对比，发现有异响车B点横轴方向上的振动参数与无异响车同方位数据不存在较大差异;而在C点上却有着较为明显的变动差异，差值达到6倍左右。

通过对比分析得出的结论为，该重型卡车上换向噪声问题的产生与C点异常有着直接关系，在后续处理中，应对C点的中间轴下节叉位置实行详细检查，并准确检测其与机械转向及输入轴联合运动的位置。在检查中发现，造成换向噪声的主要原因是，联合运动位置存在间隙过大的情况。经过进一步细致检查，找出间隙过大产生的原因是转向系统及机械转向系统中所使用的零部件不是出于同一厂家的，零部件的规格、尺寸之间存在一定差异，导致运转过程中出现较大间隙，进而降低系统的运转质量，出现噪声。最后利用统计学方法对两家供应商的综合能力实行对比，发现有异响车输入轴的花键跨棒与规定标准值近似，而无异响车则处在偏下区间内，说明有异响车的花键跨棒较无异响车的要小。

由此可知，机械转向输入轴的差异就是产生重型卡车原地换向噪声的根本原因，在了解原因后，即可制定合理解决措施，减少噪声问题的影响。具体解决措施为，重新对输入轴实行制作和更换，提升花间跨棒距的公差带中值，减少与标准值间的差异，之后通过装车跟踪对车辆运行中存在的噪声问题予以检测，确保问题得到有效解决。

4 结束语

综上所述，引发汽车转向系统换向噪声问题的原因有很多，在实际作业中，可通过对比分析的方式，确定换向噪声产生的原因及问题产生区域，之后采用合理措施降低噪声问题的影响，以此保障车辆的正常运转。

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