王亞平 王佳良 肖會濤 曹寶寶 王碩

1.博世華域轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（煙臺）有限公司 山東省煙臺市 265500 2.博世華域轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限公司 上海市 201821

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展與技術(shù)持續(xù)革新，人們對汽車的質(zhì)量、設(shè)計等各方面的要求也逐漸升高。汽車轉(zhuǎn)向機作為汽車的重要組成部分和重要的人機交互系統(tǒng)之一，其安全性直接關(guān)系到駕駛?cè)藛T的人身安全。當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生噪音或其他異常情況時，容易對駕駛?cè)藛T操控穩(wěn)定性產(chǎn)生影響并埋藏其他安全隱患。因此，避免轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響是確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的重要措施。

近年來，解決轉(zhuǎn)向機噪音問題已成為汽車領(lǐng)域探討的熱點問題，已有大部分研究表明，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向機異響的原因復(fù)雜、影響因素繁多，例如轉(zhuǎn)向機故障、前減震失效、方向盤內(nèi)氣囊游絲斷裂、轉(zhuǎn)向橫拉桿損壞、輪胎損壞均可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向機異響。張學(xué)斌在反復(fù)的專業(yè)振動速度測試實驗及深入分析的基礎(chǔ)上，提出了通過小齒輪上球軸承的游隙和性能優(yōu)化措施，以實現(xiàn)機械轉(zhuǎn)向機異響優(yōu)化[1]。鄒文紅、王佳良從優(yōu)化電動助力轉(zhuǎn)向機的角度提出考慮直接對壓塊進(jìn)行涂油脂，增加殼體壓塊孔粗糙度抽檢頻次來降低轉(zhuǎn)向機異響發(fā)生概率[2]。郭廷、黃巨成等人基于臺架試驗，對轉(zhuǎn)向機異響部位進(jìn)行甄別的基礎(chǔ)上，提出了零部件設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化的建議[3]，以降低轉(zhuǎn)向機異響問題。綜上發(fā)現(xiàn)，已有分析主要試圖從汽車其他部件來探究轉(zhuǎn)向機噪音問題，缺乏對轉(zhuǎn)向機自身因素所引起噪音的原因探究。因此，分析轉(zhuǎn)向機壓塊間隙與轉(zhuǎn)向機噪音之間的關(guān)系并試圖解決轉(zhuǎn)向機噪音問題十分必要，且具有重要的實踐意義。

1 轉(zhuǎn)向機壓塊間隙工作原理及存在問題

1.1 轉(zhuǎn)向機壓塊間隙規(guī)范

當(dāng)前，轉(zhuǎn)向機壓塊間隙通常要求保持在0～0.1mm 之間，當(dāng)壓塊間隙超過0.2mm，汽車轉(zhuǎn)向時，因齒條齒輪的預(yù)緊力不足或者壓塊的竄動，就容易產(chǎn)生較差的噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness，NVH）表 現(xiàn)，造 成Clunk 和Rattle 產(chǎn)生異響。

表1 轉(zhuǎn)向機壓塊間隙規(guī)范及異響臨界值

1.2 轉(zhuǎn)向機壓塊間隙變動機理

隨著汽車的持續(xù)使用，轉(zhuǎn)向機齒輪、齒條、嚙合面以及齒條背面與壓塊的匹配面均會出現(xiàn)不同程度的磨損，隨著時間的推移，持續(xù)的摩擦?xí)?dǎo)致壓塊間隙逐漸增大。深入剖析可發(fā)現(xiàn)，探針伸入調(diào)整螺母孔內(nèi)后，用一定扭矩T0 擰齒條，齒條和齒輪的接觸面變化，壓塊沿軸向移動(由位置1 移動到位置2)，探針會隨之產(chǎn)生軸向運動，將此時探針位置標(biāo)為0(即此處壓塊間隙為0)。松開擰緊扳手后，壓塊回到原來的位置1 處，探針也會隨之運動，此時的探針的示數(shù)即此處壓塊間隙（位置2 與位置1 的差值）（圖1）。隨著齒條的軸向移動，移動到各個位置都會存在1 個壓塊間隙值，將上述壓塊間隙取值連起來便成為了壓塊間隙曲線（圖2）。

圖1 壓塊間隙原理示意圖

圖2 壓塊間隙示例圖

1.3 轉(zhuǎn)向機設(shè)計存在的問題

當(dāng)壓塊間隙取值超過0.2mm 后，由于轉(zhuǎn)向機沒有安裝相應(yīng)的檢測報警裝置，不能及時反饋轉(zhuǎn)向機工作性能參數(shù)，以至隨時可能會因此產(chǎn)生噪音。此外，受固有思維局限性的影響，轉(zhuǎn)向機壓塊間隙問題通常不會被作為轉(zhuǎn)向機異響的首要考慮因素，以至維修檢查時不能精準(zhǔn)及時鎖定異響源，這不僅影響用戶使用舒適性、增加檢修成本，還會造成潛在客戶流失，影響產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展。

2 帶自動檢測壓塊間隙轉(zhuǎn)向機的工作原理及優(yōu)勢

2.1 帶自動檢測壓塊間隙轉(zhuǎn)向機的工作原理

帶自動檢測壓塊間隙的轉(zhuǎn)向機工作原理主要是依靠傳感器實時“檢測-反饋”系統(tǒng)來實現(xiàn)。首先，轉(zhuǎn)向機壓塊間隙檢測系統(tǒng)中的傳感器會實時監(jiān)測轉(zhuǎn)向機壓塊間隙?。黄浯?，“檢測-反饋”系統(tǒng)中傳感器會將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實時反饋并交由ECU進(jìn)行處理（圖3）。當(dāng)轉(zhuǎn)向機壓塊間隙增大到0.2mm（易產(chǎn)生噪音）的臨界值時，ECU 會自動進(jìn)行報警并及時通知駕駛員，要求其對轉(zhuǎn)向機進(jìn)行基本的維護，以避免轉(zhuǎn)向機噪音及其他關(guān)聯(lián)故障的發(fā)生。

圖3 帶自動檢測壓塊間隙轉(zhuǎn)向機的工作原理

2.2 帶自動檢測壓塊間隙轉(zhuǎn)向機的具體工作路徑

首先，通過調(diào)整螺母到齒輪之間的一系列零件配合調(diào)整出合理的壓塊間隙（一般轉(zhuǎn)向機下線時壓塊間隙保持在0.05mm左右）。其次，傳感器會測量出傳感器下端到壓塊內(nèi)部凹坑面的距離（見圖一中紅色箭頭標(biāo)記的距離），并將此距離置為零，記為零點。再次，在轉(zhuǎn)向機使用過程中，齒輪和齒條的嚙合磨損以及襯片和齒條的磨損會導(dǎo)致壓塊間隙的增大，同時傳感器測量的距離從零開始增大，并通過線束實時將距離信號反饋給ECU（轉(zhuǎn)向機運轉(zhuǎn)時，持續(xù)循環(huán)運轉(zhuǎn)該流程）。最后，當(dāng)傳感器測量出的距離達(dá)到0.15mm 時（此時的距離加上轉(zhuǎn)向機下線時本身間隙距離的實際壓塊間隙已經(jīng)達(dá)到0.2mm）ECU 會自動判定此時的壓塊間隙已經(jīng)達(dá)到了易產(chǎn)生噪音的臨界值，控制轉(zhuǎn)向機并向駕駛員報警，完成自動檢測壓塊間隙異響預(yù)警操作流程，實現(xiàn)異響報警工作（圖4、圖5）。壓塊間隙放大報警示意圖各編號具體含義如下：①轉(zhuǎn)向機殼體、②殼體密封圈、③壓塊密封圈、④壓塊、⑤襯片、⑥齒條、⑦齒輪、⑧壓縮彈簧、⑨激光傳感器、⑩調(diào)整螺母、線束、ECU。

圖4 帶自動檢測壓塊間隙轉(zhuǎn)向機的示意圖

圖5 帶自動檢測壓塊間隙轉(zhuǎn)向機的剖視圖

2.3 帶自動檢測壓塊間隙轉(zhuǎn)向機的優(yōu)勢

帶自動檢測壓塊間隙轉(zhuǎn)向機的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下六個方面：一是壓塊間隙變化傳遞方式創(chuàng)新。帶自動檢測壓塊間隙轉(zhuǎn)向機相比普通轉(zhuǎn)向機而言，其工作原理是通過激光傳感器來傳遞壓塊間隙的變化情況，具有較高的穩(wěn)定性。當(dāng)轉(zhuǎn)向機長時間耐久使用出現(xiàn)壓塊間隙增大的情況時，可以在壓塊間隙增大到容易產(chǎn)生異響的狀態(tài)時，及時提醒駕駛員及時到4S 店增大調(diào)整螺母的擰緊角度，使壓塊間隙維持在0.05mm 左右，有效避免異響的發(fā)生。二是結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。該設(shè)計是將激光測距傳感器通過卡接的方式直接安裝在轉(zhuǎn)向機原本就存在的調(diào)整螺母上，不需要額外的固定工裝和運行空間，最大限度的減少激光測距傳感器的空間占用；三是功能創(chuàng)新。該設(shè)計在轉(zhuǎn)向機上安裝自動檢測壓塊間隙裝置系統(tǒng)，能實時監(jiān)控壓塊間隙變化并反饋給ECU，進(jìn)而反饋給車機，最終避免產(chǎn)生壓塊異響可有效避免因壓塊間隙超過噪音臨界值而產(chǎn)生的噪音，保障駕乘人員安全。四是密封設(shè)計的創(chuàng)新。該設(shè)計不需要給傳感器徑向活動的空間，可通過加裝密封圈來實現(xiàn)良好的密封效果，以防止壓塊小總成處灰塵、水汽等物質(zhì)進(jìn)入（詳見圖6）?；谏鲜鰞?yōu)勢，駕駛帶自動檢測壓塊間隙轉(zhuǎn)向機的汽車可有效避免因異響給駕乘人員帶來的不好的體驗，提高駕乘人員使用的舒適度，降低維修的成本和售后問題處理率。圖中各編號具體含義分別為：⑨傳感器、⑩調(diào)整螺母、密封圈。

圖6 卡接器示意圖圖

3 研究結(jié)語

從源頭解決轉(zhuǎn)向機異響問題是推進(jìn)轉(zhuǎn)向機取得進(jìn)一步重要突破的關(guān)鍵舉措。為此，文章在梳理轉(zhuǎn)向機異響可能存在的原因的基礎(chǔ)上，首先介紹了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向機壓塊間隙的規(guī)范、工作原理及存在問題。其次，深入分析了帶自動檢測壓塊間隙工作原理、具體實現(xiàn)路徑。最后對比分析了帶自動檢測壓塊間隙的轉(zhuǎn)向機較傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向機的優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)帶自動檢測壓塊間隙的轉(zhuǎn)向機通過傳感器實時“檢測-反饋”系統(tǒng)能夠有效地將轉(zhuǎn)向機異響問題扼殺在搖籃中。從轉(zhuǎn)向機設(shè)計源頭來降低轉(zhuǎn)向機異響發(fā)生概率，是推進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要支撐。