噪音和振動(dòng)是駕駛員評(píng)估車(chē)輛質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。嘎嘎聲、吱吱聲和振動(dòng)都可能會(huì)在人的感覺(jué)上產(chǎn)生負(fù)面影響，因此，為了保護(hù)品牌聲譽(yù)，原始設(shè)備制造商必須獲得汽車(chē)內(nèi)每個(gè)組件的噪音、振動(dòng)和聲振粗糙度 （NVH） 屬性。
NVH 級(jí)別問(wèn)題及其對(duì)品牌感的影響在任何方面和精準(zhǔn)“轉(zhuǎn)向感”一樣重要。除非在設(shè)計(jì)階段采取行動(dòng)，否則方向盤(pán)會(huì)在汽車(chē)行駛時(shí)發(fā)生振動(dòng)，嗡嗡作響，讓駕駛員感到不適。
大型豪華車(chē)的制造商通常使用“轉(zhuǎn)向架式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”（R－EPS） 作為解決 NVH 問(wèn)題和優(yōu)化轉(zhuǎn)向感的理想解決方案。然而，這些組件的成本意味著這種解決方案對(duì)于較小的經(jīng)濟(jì)型“A 和 B 級(jí)”汽車(chē)而言太過(guò)昂貴。
對(duì)于這些車(chē)輛，最常見(jiàn)的助力轉(zhuǎn)向類(lèi)型被稱(chēng)為“管柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向”（C－EPS）。這比 R－EPS 更具成本效益，因?yàn)殡妱?dòng)馬達(dá)位于前隔板后面，更接近方向盤(pán)和車(chē)輛駕駛員。這意味著電機(jī)不必承受發(fā)動(dòng)機(jī)艙的溫度，因此可以用更輕、更經(jīng)濟(jì)的材料和工藝制造。盡管具有許多成本和輕量化的優(yōu)勢(shì)，但這種解決方案在某些情況下會(huì)在方向盤(pán)上產(chǎn)生嗡嗡聲，這可能會(huì)降低品牌的品質(zhì)感。
這引發(fā)了一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題：“如何用一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案而不會(huì)產(chǎn)生煩人的方向盤(pán)噪音的方式解決 NVH 問(wèn)題？”
尋找嗡嗡聲的來(lái)源
作為回答這個(gè)問(wèn)題的第一步，了解 C－EPS 是什么以及它的工作原理是很重要的。一般而言，其主要功能是減少駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)讓車(chē)輪轉(zhuǎn)向所需的工作量。這是通過(guò)根據(jù)方向盤(pán)的輸入扭矩產(chǎn)生正確的額外扭矩來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
為了正確實(shí)現(xiàn)這種平衡，通過(guò)觀察管柱內(nèi)多個(gè)組件的相互作用來(lái)測(cè)量輸入扭矩是非常重要的。其中一個(gè)這樣的組件就是電機(jī)之前的管柱部分，其被分成兩部分，并通過(guò)被稱(chēng)為“套筒軸”或“扭力桿”的更小、更靈活的軸結(jié)合起來(lái)。套筒軸足夠小，在上管柱和下管柱之間的相對(duì)力作用下扭轉(zhuǎn)。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)上管柱時(shí)，下管柱會(huì)抗拒輪胎和路面之間的摩擦引起的移動(dòng)。這個(gè)功能的好處是允許實(shí)現(xiàn)位移，可測(cè)量并用于計(jì)算電動(dòng)機(jī)應(yīng)產(chǎn)生的扭矩的正確數(shù)量。
為了讓管柱的上部和下部以這種方式相互滑動(dòng)，它們必須用軸承分開(kāi)。通常在這種應(yīng)用中會(huì)使用滾針軸承，進(jìn)而產(chǎn)生金屬間的接觸。正是這種金屬間的接觸會(huì)產(chǎn)生嗡嗡聲，因?yàn)閬?lái)自道路和轉(zhuǎn)向架的振動(dòng)沿著管柱向上傳播，并經(jīng)過(guò)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著時(shí)間的推移，這種接觸可能引起的另一個(gè)問(wèn)題就是所謂的軸的“鹽化”，這可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的扭矩測(cè)量，對(duì)轉(zhuǎn)向的響應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響。為了避免這種情況，必須對(duì)軸進(jìn)行熱處理以增加硬度，但是這增加了成本。
解決問(wèn)題
那么，如何消除 NVH 感覺(jué)和由此產(chǎn)生的對(duì)駕駛體驗(yàn)的負(fù)面影響？
解決的關(guān)鍵是找到一種消除金屬間接觸的方法，例如通過(guò)使用復(fù)合軸承。復(fù)合軸承由聚四氟乙烯 （PTFE） 等聚合物制成的滑動(dòng)層組成，而非滾針軸承的滾動(dòng)元件。由于該化合物解決了鹽化問(wèn)題，因此無(wú)需進(jìn)行昂貴的硬化，同時(shí)還能為系統(tǒng)提供緩沖。
我們已經(jīng)在消聲室進(jìn)行的噪聲測(cè)試中對(duì) PTFE 復(fù)合材料軸承在 C－EPS 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的性能進(jìn)行了廣泛的分析。這些產(chǎn)生的環(huán)境中的背景噪音可以忽略不計(jì)，有助于在車(chē)輛運(yùn)行時(shí)準(zhǔn)確捕捉轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的嗡嗡聲。
圣戈班最近對(duì)其 NORGLIDE SM075CG PTFE 復(fù)合材料軸承與滾針軸承進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)動(dòng)期間齒輪齒震顫聲壓級(jí)可明顯降低幾乎8 dB（A）。對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，這可能意味著方向盤(pán)的嗡嗡聲會(huì)大幅減少，從而改善對(duì)車(chē)輛質(zhì)量的信任。
對(duì)于汽車(chē)制造商而言，復(fù)合材料軸承也具有其他優(yōu)勢(shì)，特別是在安裝過(guò)程中 － 它們有助于補(bǔ)償配合組件公差，例如，不需要在軸上使用昂貴的精密磨削表面。
平衡成本和質(zhì)量
不管他們的預(yù)算是多少，駕駛員都希望他們的車(chē)能夠提供盡可能理想的駕駛體驗(yàn)。沒(méi)有什么能比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的感覺(jué)更重要 － 駕駛員的手在大部分駕駛時(shí)間中都與方向盤(pán)保持接觸，因此任何過(guò)度的振動(dòng)都會(huì)被立刻注意到。
通過(guò)使用基于 PTFE 的復(fù)合材料軸承等創(chuàng)新解決方案替代傳統(tǒng)替代方案，制造商可以確保駕駛員獲得他們期望的體驗(yàn)，即使在最小型的經(jīng)濟(jì)型車(chē)輛中也可以，并且不需要重新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這些小的變化對(duì)汽車(chē)的性能產(chǎn)生了很大的影響，有助于提高品牌的認(rèn)知度，為 OEM 業(yè)務(wù)帶來(lái)長(zhǎng)期的好處。
作者：圣戈班 NORGLIDE 軸承和 RENCOL 定位環(huán) NVH 工程師 Alfred Lethbridge 博士
