梁阿南 丁寧 張琦

（北京汽車股份有限公司）

隨著汽車的普及，汽車已不僅僅是一個(gè)代步的工具，人們在駕駛汽車的過程中，也在享受駕駛的樂趣。轉(zhuǎn)向性能是每位駕駛者最容易感知的一項(xiàng)基礎(chǔ)性能，轉(zhuǎn)向手力的大小和舒適度都極易被駕駛員感知，從而影響其對汽車整體性能的滿意度。近年來，經(jīng)常報(bào)道一些車型存在轉(zhuǎn)向黏滯，即轉(zhuǎn)向受力突變的問題，其中，美、韓及日系車型都有?？蛻魧@些車型的轉(zhuǎn)向黏滯問題抱怨很大，但是問題遲遲不能得到解決。主要有兩方面因素：一方面是設(shè)計(jì)之初沒有充分識別客戶對轉(zhuǎn)向黏滯的感知度；另一方面是由于卡滯問題影響因素較多，解決比較困難。文章基于在開發(fā)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)[1]初期階段出現(xiàn)多次轉(zhuǎn)向黏滯問題，采用逐項(xiàng)排查及試驗(yàn)驗(yàn)證等方法，最終確定問題的根本原因?yàn)镋PS系統(tǒng)蝸桿表面結(jié)構(gòu)不利于油膜附著以及蝸桿潤滑不良等綜合因素。最后通過優(yōu)化潤滑工藝、改變蝸桿表面結(jié)構(gòu)及增加黏滯補(bǔ)償?shù)却胧鉀Q了轉(zhuǎn)向黏滯問題。

1 問題描述

客戶反饋某車型原地或行車時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向力突然變大的狀況，即：轉(zhuǎn)向黏滯現(xiàn)象，尤其是高速行駛時(shí)故障現(xiàn)象明顯。通過對故障復(fù)現(xiàn)測試，發(fā)現(xiàn)黏滯現(xiàn)象的規(guī)律：黏滯出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向盤由靜止至轉(zhuǎn)動(dòng)的過程，此時(shí)手力會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的波動(dòng)。因轉(zhuǎn)向系統(tǒng)問題涉及整車安全，在原地或行駛過程中若出現(xiàn)明顯的助力變化，會(huì)影響到整車的行駛安全，因此必須對該問題進(jìn)行分析，解決轉(zhuǎn)向系統(tǒng)手力突變的問題。

2 原因分析

針對問題的描述，主要從人員、機(jī)器、原料、方法及環(huán)境等方面進(jìn)行故障原因的排查。其可能的影響因素有：系統(tǒng)裝配不規(guī)范、內(nèi)摩擦大、潤滑不良、渦輪蝸桿嚙合不良、渦輪蝸桿尺寸超差、潤滑脂性能變化及外部沖擊載荷等。

通過對110個(gè)故障件進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)故障件黏滯程度與啟動(dòng)力矩有強(qiáng)相關(guān)性，因此確認(rèn)導(dǎo)致管柱黏滯的直接原因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)摩擦力大。經(jīng)分析導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)摩擦力大的主要影響因素有以下兩方面。

2.1 潤滑不良因素

因潤滑脂內(nèi)混入了防銹油，導(dǎo)致渦輪蝸桿摩擦力大，故對卡滯件進(jìn)行帶不良油脂和去除不良油脂啟動(dòng)力矩的對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果，如圖1所示。從圖1可以看出，去除不良油脂后電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向管柱的啟動(dòng)力矩明顯下降。

圖1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向管柱啟動(dòng)力矩試驗(yàn)對比

2.2 蝸桿結(jié)構(gòu)因素

電動(dòng)轉(zhuǎn)向管柱蝸桿表面光潔度高，不利于油脂存儲(chǔ)，產(chǎn)生鏡面摩擦效果。通過摩擦特性的研究，證實(shí)接近鏡面結(jié)構(gòu)的金屬表面在一定的溫度壓力下與渦輪材料摩擦能產(chǎn)生力的階躍式波動(dòng)。

針對以上總結(jié)分析，確定黏滯問題主要原因?yàn)殡妱?dòng)助力轉(zhuǎn)向管柱總成內(nèi)摩擦大，系統(tǒng)啟動(dòng)力矩大。在轉(zhuǎn)向盤由靜止至轉(zhuǎn)動(dòng)過程，由于系統(tǒng)啟動(dòng)力矩大，駕駛員會(huì)感覺到手力的突變。

3 優(yōu)化方案制定

因?qū)е鹿苤闹苯釉驗(yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)摩擦力大，所以通過改善潤滑方式及蝸桿結(jié)構(gòu)可改善該問題。為達(dá)到最優(yōu)效果，通過試驗(yàn)驗(yàn)證，采用“軟件補(bǔ)償”的方式進(jìn)行機(jī)械粘滯補(bǔ)償，同時(shí)從潤滑不良和蝸桿表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面開展工作，改善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)粘滯問題。

最終方案為：1）針對潤滑脂中混入防銹油，導(dǎo)致潤滑性能下降，摩擦力變大的問題，采用生產(chǎn)線上切削油代替原防銹油對輸出軸進(jìn)行防銹；2）蝸桿表面優(yōu)化為高爾夫球面結(jié)構(gòu)，與渦輪嚙合更穩(wěn)定；3）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向管柱軟件增加黏滯補(bǔ)償功能，降低黏滯問題發(fā)生概率，當(dāng)駕駛員手力發(fā)生變化而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為0時(shí)，黏滯補(bǔ)償功能介入，減小波動(dòng)幅值。

具體補(bǔ)償策略為當(dāng)駕駛員手力發(fā)生變化而EPS電動(dòng)機(jī)不提供助力時(shí)，黏滯補(bǔ)償功能介入，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作提供助力時(shí)，補(bǔ)償功能退出。

4 效果驗(yàn)證

4.1 油脂驗(yàn)證

采用生產(chǎn)線上切削油代替原防銹油對輸出軸進(jìn)行防銹，去除不良油脂故障件后，啟動(dòng)力矩明顯下降（見圖 1）。

4.2 蝸桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化驗(yàn)證

蝸桿表面由鏡面結(jié)構(gòu)優(yōu)化為高爾夫球面結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 蝸桿表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后對比

通過摩擦特性的研究，證實(shí)接近鏡面結(jié)構(gòu)的金屬表面在一定的溫度和壓力下與渦輪材料摩擦能產(chǎn)生力的階躍式波動(dòng)。試驗(yàn)表明球面結(jié)構(gòu)摩擦效果較好，證明在蝸桿表面建立網(wǎng)球面狀結(jié)構(gòu)，可以避免摩擦力的階躍式波動(dòng)。圖3示出鏡面結(jié)構(gòu)與網(wǎng)球面狀結(jié)構(gòu)摩擦效果驗(yàn)證結(jié)果。

圖3 鏡面結(jié)構(gòu)與網(wǎng)球面狀結(jié)構(gòu)摩擦效果驗(yàn)證結(jié)果

4.3 引入黏滯補(bǔ)償試驗(yàn)效果驗(yàn)證

引入黏滯補(bǔ)償后的試驗(yàn)效果顯示界面，如圖4所示。

a 黏滯補(bǔ)償功能關(guān)閉（手力波動(dòng)值超過0.6 N·m）

圖4 蝸桿引入黏滯補(bǔ)償試驗(yàn)結(jié)果顯示界面

從圖4b可以看出，紅色框內(nèi)的手力曲線加入黏滯補(bǔ)償功能無尖峰出現(xiàn)，曲線平滑，表明以上方案實(shí)施后效果明顯，經(jīng)過綜合耐久路試及市場驗(yàn)證已完全消除粘滯問題。

5 結(jié)論

通過對問題潛在原因的全面分析、逐項(xiàng)排查及試驗(yàn)驗(yàn)證等，最終確定導(dǎo)致管柱黏滯的直接原因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)摩擦力大；通過采用優(yōu)化潤滑工藝、改變蝸桿表面結(jié)構(gòu)及增加黏滯補(bǔ)償?shù)榷喾矫娲胧?，解決了轉(zhuǎn)向黏滯問題。

此問題的成功解決一方面為后續(xù)配備EPS系統(tǒng)車型的開發(fā)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)質(zhì)量問題的處理提供了一套完整的問題排查流程；另一方面，問題的圓滿解決提升了整車質(zhì)量水平，提高了用戶對該車型的滿意度。