汽车助力转向系统异响问题探讨

2020-05-20

技术与市场 2020年5期

(合肥职业技术学院，安徽巢湖 238000)

0 引言

汽车助力转向系统是底盘的重要组成部分，目前，液压助力转向、电动助力转向和电子液压助力转向系统已经代替了传统的机械助力转向系统。在汽车日常运行中，如果驾驶人采用不良的驾驶习惯，容易导致车辆的转向系统发生异变，这就需要对助力转向系统进行定期保养，以消除助力转向系统的异响问题，延长汽车的使用寿命。

1 电动转向系统异响问题分析

汽车电动转向系统的异响主要包括常规转向系统异响与助力系统转向异响2个部分。常规异响是指电动转向系统在非工作状态时出现的机械异响，产生的原因一般是由机械结构传动力矩或者是扭矩间存在着间隙而造成的异响，在检测时可以对管柱、转向系统的中间传动轴与转向器进行分别鉴定分析。

助力系统转向异响主要是转向系统在工作的过程中产生的异响，这时的异响检测需要结合常规异响的检测方案与步骤进行排查，即在排除助力系统异响时首先需要排除常规系统的异响，以消除常规异响对助力异响造成的干扰。

车辆电动系统助力转向系统存在异响的原因一般来自于转向传动的多个连接部分，需要逐步对其每一个部位进行分析，它的关键连接点结构如图1所示。

图1 电动助力转向系统的关键连接点结构图

助力转向系统异响部件的结构特征如下。

1)上转向轴。位于图1中的①位，按照整车安全性能的要求，为了有效消除车辆碰撞发生时的安全性保护，将转向管柱设计为可溃缩式，使得转向系统在受到轴向压缩时，车辆的方向盘可以向下移动，减少驾驶员的冲击力，达到保护的目的。

2)蜗轮蜗杆机构。位于图1中的②位，它是一种减速装置，作用是改变助力电机扭矩方向与减速扭矩，为了减少设备的噪音、吸收震动，在蜗轮的连接部位一般采用的是尼龙材料，由于尼龙材料的耐磨性能比较差，在工作一段时间后，就会导致蜗轮蜗杆机构的间隙增大，导致转向系统之间产生异响。

3)关键连接处。主要包括管柱输出轴与节叉连接处(图1中的③)、中间传动轴伸缩处(图1中的④位)、节叉与齿轮轴连接处(图1中的⑤)以及齿轮齿条连接处(图1中的⑥位)，这些关键连接处，对转向系统的总体稳定性要求较高，一般会受到相关推力、拉力压力的作用，关键连接处一旦出现间隙，就会产生异响。

2 电动助力系统转向系统异响处理流程与方法

电动助力转向系统异响对车辆的稳定性影响十分巨大，它与系统结构特征是密切相关的，在具体处理转向系统的异响时，需要结合具体的情况进行处理，各个部分的处理方法如下。

2.1 上转向轴异响

为实现转向管柱可以进行溃缩，在设计时，可以将上转向传动轴设计成轴向可滑动式，对于上下轴则采用内外花键连接的方式，在转动时可以将传动扭矩轴向位移进行吸收。但是，如果在工作时，将上下轴的内外花键参数设置得不够合理、质量控制不合符要求、转向轴之间的密封措施设置得不合适，就会造成上下转向轴在工作时产生“咯噔”的异响。

产生这种异响的排除方法，可以利用台架完成，具体的流程为：①将管柱固定装在台架上，并管柱的输出轴锁死固定。②按照上下轴逐渐变大的转动频率、转向行程以及转向方向盘响动进行检测分析，通过聆听与观察上下轴之间是否存在“咯噔”异响以及响声频率是否发生变化，同时运用手来感受方向盘上的振动情况是否存在异常。如果在测试的过程中，发现存在异响，而且响声与方向盘上的振动频率变大，就可以判断方向盘转向轴的连接处存在间隙，这样就会判断转向系统存在异响。

2.2 蜗轮蜗杆机构异响

蜗轮蜗杆机构主要包括蜗轮和蜗杆等，在具体的设计过程中，需要将蜗轮与蜗杆在转动轴上的间隙进行控制，一般采用无间隙补偿机构进行控制，产生异响的原因是蜗轮蜗杆在大负荷的运动下会产生发热，而尼龙材料受热膨胀率不同，导致蜗杆蜗轮的间隙不断减小，就会导致蜗轮蜗杆之间的滚动阻力增加，影响着转动系统的转向性能，从而就会产生异响。因此，在产品设计与生产时，就需要将间隙控制在一个稳定的区间内，过大就会产生异响，过小就会影响系统的转向性能，车辆在行驶一段时间后，蜗轮材料就会发生磨损，在一定程度上就会造成设备的间隙增加，产生异响。

产生该种异响的排除方法是，将需要排查异响转向轴固定在台架上，安装的方式与上转向轴异响检测的方式相同，将电动转向管柱在工作时需要的电源电压与信号模拟出来，通过控制器检测转动轴的工作状态，如果在电动助力转动系统在具体工作时才会产生异响，就可以判断蜗轮蜗杆机构产生异响。

2.3 中间传动轴异响

中间传动轴的异响判断，需要根据其结构进行判断，中间转动轴主要是由转向管柱的输出轴与齿轮轴构成，它们之间的连接是通过两端节叉的三角花键连接在一起的，然后采用螺栓将中间轴固定在整个转向系统中。所以，三角花键、螺栓和螺纹的参数，将会直接影响着电动转向系统的转向性能与耐久性，而且十字轴与节叉之间的尺寸配合也会影响着转向性能，导致电动转向设备产生异响。

中间传动轴产生异响的检测方法为：①将管柱按照整车装备的方式固定在台架上，为了便于比较，需要将一套无异响的转向管柱固定在台架上。②将带有中间转动轴的管柱固定在台架上，以进行后期的检测。③将转向器的齿轮轴按照整车的要求，依据一定的角度与位置焊接在台架上，并将中间转动轴与齿轮轴连接在一起，也就将将中间转动轴按照整车布置的角度与位置进行连接。在具体的测试异响验证时，研究的方法与测试上转向轴的研究方法相似，如果在测试的过程中，发现传动轴存在异响，而且异响响声与方向盘的振动频率相同或者增大，就可以判断在电动转向系统的电动轴转向存在问题。

2.4 转向器齿轮齿条间隙产生的异响处理

齿轮齿条式转向器主要功能通过扭矩转变为转向轴提供推拉力，是将齿轮的转动扭矩转变为齿条的轴向推拉力，齿轮齿条啮合工作时，它们之间的中心距离与实时发生变化，特别是在车辆行驶一段时间之后，支撑弹簧就会出现疲劳或者耐久性发生变化，而产生形变，这种形变会直接影响齿轮齿条之间的间隙，也就会导致汽车的助力系统出现异响。另外，如果转向器的壳体的支撑座安装的内径不符合要求，与支撑座的外径、O型圈的耐久性不同不符合，以及齿条的尺寸之间不一致，会对转向器的基本性能产生重要的影响，这样也会导致助力转向系统出现异响。

检查转向器齿轮齿条间隙产生的异响，一般情况下只需要排查助力系统的中间传动轴是否存在异响，将测试时，将台架需要检测存在异响的中间传动轴的齿轮轴(焊接于台架上)去除，然后将存在问题的转向器安装在该位置，就可以进行检测，也就是将整个转向系统按照整车检测的方式对齿轮齿条间隙进行检测，以便于高效判断助力系统的异响。