某乘用车转向管柱异响的研究分析

张芸华

摘  要：汽车在行驶过程中振动异响会降低顾客舒适度，引起顾客抱怨。在整车入库问题中，转向管柱异响的不良率为90%。针对这一问题，本文以某SUV为研究对象，采用FTA故障树分析可能产生异响的原因，确定引起转向管柱异响的主要原因：转向管柱蜗轮蜗杆啮合间隙过大、中间轴滑动副间隙超差，然后通过优化蜗轮蜗杆径向间隙消除结构;提高花键加工制造精度，选用合适的涂覆尼龙材料，再选用粘度低，抗耐磨性好的润滑脂等方式进行整改。整改后转向管柱异响的不良率降低至0.2%，减少了因转向管柱异响的返工，降低了制造成本。

关键词：FTA故障树;转向管柱;异响

中图分类号：U463.44+4    文献标识码：A    文章编号：1005-2550（2019）04-0020-04

Abstract： The abnormal vibration and noise of the car during driving will reduce the comfort of customers and cause complaints from customers. The defective rate of steering column abnormal sound is 90% in the whole vehicle garage problem. In order to solve this problem， this paper takes an SUV vehicle as the research object， the FTA  method is adopted to analyze the causes of abnormal noise， and the main causes of abnormal sounding of the steering column are determined： excessive mating clearance of worm wheel and worm of steering column， Sliding pair clearance of intermediate shaft is overshoot， the rectification is carried out by optimizing the worm and worm radial clearance elimination structure ; improving Machining and Manufacturing Accuracy of Spline， selecting of suitable coated nylon materials， choosing lubricating grease with low viscosity and good wear resistance. After rectification， the defective rate of abnormal sound of steering column was reduced to 0.2%， which reduced the rework of abnormal sound of steering string and reduced the manufacturing cost.

Key  Words： FTA;Steering column;Abnormal Sound

1    前言

随着汽车行业的快速发展，客户对产品舒适度的要求日益提高，汽车使用过程中产生的异响越来越多成为顾客抱怨的焦点。经统计，在整车入库Top5的问题中，转向管柱异响的不良率高达90%，不仅导致批量返工，耗时耗力，更无法保证整车的一次下线合格率的提高。因此，解决行车过程中的异响问题迫在眉睫。目前不少汽车制造厂家也存在转向管柱异响的问题，并展开了分析和研究。其中，长城汽车通过对失效机理及生产现场观察，识别为装配过程一致性问题导致的转向管柱齿板异响[1];一汽丰田通过拆装试验，确定为转向柱中心轴与转动万向节左右活动有卡滞导致转向管柱异响[2]。但基于转向管柱结构、工艺等的复杂性，本文针对行车过程中的转向管柱异响问题，从人、机、料、法四个方面逐一分析可能产生异响的原因，最终锁定两个影响因子，针对性地解决转向管柱异响的问题，为其他汽车制造厂家提供参考和方向。

2    转向管柱带中间轴总成介绍

转向管柱带中间轴总成如图1所示，由转向管柱总成、中间轴总成、万向节、电动机、控制器总成、减速机构和传感器等部件构成的总成[2]，是连接汽车方向盘和转向机的机构，其作用是通过方向盘转动转向柱产生转向力，转向力传递至转向机推动车轮实现转向功能。同时转向柱具有调节方向盘上下的作用，其主要是依靠齿板的换位实现角度调节。

3    问题概述

某SUV車型动态路试（车速20-25码）过颠簸路过程中从转向管柱传出较明显“嘎达”异响，不良率高达90%。

4    转向管柱异响原因排查

本文以某SUV车型为研究对象，采用FTA故障树分析引起转向管柱异响可能原因，从传感器、控制器、中间轴，电机、涡轮涡杆五个方面来展开分析。具体故障树如表1所示。

针对经过头脑风暴得出的故障因素，通过生产现场操作、实验设备测量和互换验证等多种方法进行试验，聚焦出这12个故障件产生异响的主要因素是涡轮蜗杆间隙大、中间轴滑动副间隙超差。

4.1   涡轮蜗杆间隙大

蜗轮蜗杆传动机构如图2所示，为了保证传动的平顺性以及存储润滑脂的要求，涡轮蜗杆之间设计有一定的啮合间隙。而转向管柱在受到从转向器齿条传来的来自于路面的激励后可能产生的异响，所以需要严格控制蜗轮和蜗杆的啮合间隙[3]。考虑到蜗轮蜗杆传动机构生产一致性的问题，故将12台异响车辆的转向管柱蜗杆拆下来，现场拆下来的蜗杆如图3所示，将异响车辆上拆下的转向管柱换上跨棒距往上偏差走的蜗杆，以减小蜗轮蜗杆间隙，然后进行路试。

从表1中可以看出：12台异响车辆中，更换跨棒距往上偏差走的蜗杆后，10台车路试后合格，2台车仍有异响。对2台仍有异响的车辆更换方向机后，异响解除。通过上述12台车的换件试验可以看出跨棒距往上偏差走的蜗杆可以消除转向管柱异响的问题。

4.2   中间轴滑动副间隙超差

在转向系统中，由于结构布置的要求，转向管柱和转向器输出轴不能位于同一轴线上，应具有一定的夹角。而中间轴就是连接管柱和转向器的部件，實现不同相对空间位置下转向力矩的传递。在C-EPS转向系统中，中间轴同时承受手力和电机助力作用。中间轴内部结构包括花键连接节叉、焊接节叉、十字轴、花键套管、花键轴。该SUV车型中间轴有三种连接方式：花键节叉连接、十字轴连接、花键连接，这三处连接处都有可能产生异响。通过对异响的12件故障件进行故障再现试验，握紧花键轴下端固定不动，晃动节叉位置，没有听见异响;握住花键套下端固定不动，晃动节叉位置，听到轻微响声，故初步判定为滑动副间隙大造成的异响。

通过专用设备选取5台转向管柱中间轴滑动副间隙在下偏差范围的传动轴对异响车辆进行验证，测试结果如表2所示：

根据表3的测试结果，可看出选用间隙小的传动轴能够改善异响的问题。

5    确定整改措施

针对排查出来的两个主要影响因素，逐一进行整改：

5.1   涡轮蜗杆间隙大

蜗轮蜗杆间隙调节机构包括设于蜗杆轴承与壳体之间的弹性套、抵压弹性套的弹性顶杆组件，弹性套包括互相连接的内套以及外套，内套与外套之间具有空间，内套与轴承配合，外套与壳体配合，弹性顶杆组件抵压所述内套来实现蜗杆径向间隙的调节[4]。但内套与外套之间的间隙容易导致内圈与小轴承之间过紧或过松而导致蜗轮蜗杆之间的卡死或啮合不平稳。因此，针对蜗杆跨棒距偏小的问题，临时措施为供应商内部通过选用大组别蜗杆跨棒距生产，严格控制蜗轮蜗杆啮合间隙，并进行试装验证。永久措施是优化蜗轮蜗杆径向间隙消除结构，使其能够提供足够的弹性及耐磨性，来确保蜗轮蜗杆配合间隙控制的稳定性。经过多次试验验证，确定蜗杆跨棒距标准值为20.3-20.35mm范围内。

同时，为了减少涡轮蜗杆之间的磨损，降低蜗杆硬度，由原来的真空氮化硬度表层HRC42～ 45调整为HRC27～ 32。

5.2   中间轴滑动副间隙超差

花键轴与花键套配合齿面若有相对滑动且润滑不良就会出现转向异响。长时间的相对磨损会导致花键轴和花键套的滑动副间隙变大，从而在颠簸路上产生异响[5]。因此，针对中间轴角间隙超差的问题，临时措施为供应商内部通过选用中间轴角间隙在2范围内的进行装车。永久措施是提高加工制造精度，使花键轴与花键套的实际窜动量在较小的范围内，同时选用合适的涂覆尼龙材料以增加花键的刚度，再选用粘度低，抗耐磨性好的润滑脂保证耐久后不失效。经过多次试验验证，确定转向管柱间隙标准值为上、下节叉角间隙≤5′，滑动副间隙≤2′。

6    效果验证与问题总结

本文通过对转向管柱异响的问题件进行排查，并同时试验验证找出主要影响因子，最后进行整改，将转向管柱异响的不良率稳定在1%以下。并做以下两点总结：

（1）为了解决转向管柱蜗轮蜗杆配合间隙过大的问题，供应商通过优化蜗轮蜗杆径向间隙消除结构，使其能够提供足够的弹性及耐磨性，来确保蜗轮蜗杆配合间隙控制的稳定性。同时，通过降低蜗杆硬度来减少涡轮蜗杆之间的磨损。

（2）为了解决中间轴间隙超差的问题， 在设计和生产过程中，供应商应该提高提高加工制造精度;选用合适的涂覆尼龙材料以增加花键的刚度;再选用粘度低，抗耐磨性好的润滑脂保证耐久后不失效。

参考文献：

[1]李文贺;徐龙飞;郭路卫等.汽车转向管柱齿板异响质量问题研究[J]. 中国新技术新产品，2015：71.

[2]魏志航.一汽丰田皇冠3.0转向柱异响[J].汽车维修技师，2008：60.

[3]尹爱霞. C-EPS 转向管柱在颠簸路面异响的因素分析[J]. 农业装备与车辆工程，2017：88.

[4]刘鹏.某车型转向管柱异响的诊断分析[J].汽车时代，2016：69-70.

[5]刘慧建.C-EPS转向管柱中间轴异响分析与改进[J].客车技术，2017：31-38.