随着汽車工業飛速發展，汽車保有量大幅增加，車輛在給人們帶來便利的同時也帶來了嚴重的噪聲污染，如何有效控制汽車噪聲已成為人們重點關注的問題。對于汽車而言，噪聲問題處處存在，而底盤系統噪聲是汽車的主要噪聲源之一，對汽車的噪聲性能會産生重要影響。因此，底盤噪聲控制對改善汽車噪聲品質、提升乘坐舒适性意義重大。

在汽車底盤領域内，底盤噪聲容易被駕駛員直接感知，是影響整車噪聲水平的重要組成部分。本文綜述了底盤系統噪聲方面的研究，介紹了底盤各系統噪聲的控制方法。通過典型案例，重點闡述了解決底盤轉向蝸輪蝸杆摩擦異響問題的主要思路，主要針對電動轉向管柱蝸輪蝸杆摩擦異響的特點及産生原因進行了說明。

底盤系統噪聲研究

1.汽車噪聲分類

噪聲是指振動物體産生的任何令人産生不愉快或意外的聲音。異響是指顧客識别到的不正常噪聲的統稱，是一種由低頻振動（100Hz以下）引起的高頻噪聲（1000Hz以上）。異響在汽車産品中廣泛存在，嚴重影響汽車産品的聲譽和銷量[1]。

按照異響發生部位可分為内外飾異響、底盤異響、車身異響、動力系統異響等。産生底盤噪聲及異響的原因複雜，需要系統性梳理研究。

2.底盤系統異響機理

底盤系統異響根據其産生機理主要分為以下三類：振動異響、摩擦異響和碰撞異響。

（1）振動異響　振動異響“嗡嗡聲”，主要指因結構共振或受迫振動而引起的不正常噪聲，類似與闆結構共振而對空中輻射的聲音。異響通常是指兩個相鄰部件之間作用而發出的聲音，而單個部件受到外界激勵會出現振動異響。

提高共振件模态、增加零部件剛度和增加阻尼對該噪聲有明顯的改善效果。

（2）摩擦異響　摩擦異響“叽叽聲”“吱吱聲”和尖叫聲，是兩個相互接觸的實體表面發生粘滑運動産生的一種聲音。粘滑運動本身是低頻的，但引起的聲音通常是高頻的。

粘滑的影響因素：接觸壓力、滑動速度、表面特征、材料屬性及摩擦系數。

對于該類異響，合理使用接觸面的材料是避免該類異響的常用手段。材料的兼容性試驗，可以确定任意兩種材料之間産生異響的可能性和噪聲強度，從而為零部件材料的選型提供依據。

同時，增加接觸面的安裝剛度減小變形，降低接觸面相對運動速度，優化接觸力也可以降低摩擦噪聲發生的風險和強度。

（3）碰撞異響　碰撞異響“嗒嗒聲”和“咯咯聲”，是由于沖擊引起的噪聲。主要指臨近或相互接觸的零部件在動态載荷的作用下，相互敲擊産生的噪聲[2]。低頻振動接觸産生的寬頻噪聲，主要能量集中在低頻。主要由于尺寸配合不當，間隙大，緩沖不夠等原因産生。合理設計零部件之間間隙、增大安裝剛度、敲擊面緩沖隔振都可以改善該類噪聲。

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公衆号

轉向系統摩擦異響分析

1.底盤轉向摩擦異響的特點

底盤異響是較難診斷的故障，這裡針對典型的底盤異響案例進行系統研究。重點闡述電動助力轉向管柱蝸輪蝸杆摩擦異響機理和解決。

2. 電動助力轉向系統摩擦異響原理

由于電動助力轉向系統蝸杆表面為光滑的金屬表面，容易與蝸輪表面發生相對粘滑運動（stick-slip 現象，見圖1）。在發生該運動時，摩擦面聚結大量的能量，超過摩擦面的靜摩擦力時，發生滑動摩擦，從而産生“吱吱”摩擦異響。

粘滑現象是摩擦副相互接觸發生相對運動時，需克服摩擦副表面粗糙度的不平整，這就導緻摩擦力出現波動，當波動足夠劇烈時就産生持續的粘滑現象。在粘滑過程中，摩擦力與時間關系曲線是鋸齒狀。隻有靜摩擦力因數明顯大于滑動摩擦因數，才能發生這種典型的粘滑。粘滑既可能重複出現，也可能随機發生。

3.電動助力管柱摩擦異響解決方案

蝸輪蝸杆減速機構是電動助力轉向管柱機械結構的核心，既要滿足傳遞的力矩大，又要滿足傳遞的效率高。蝸輪蝸杆的材料屬性、潤滑脂的性能及清潔度、蝸輪蝸杆齒面特征、表面粗糙度等都會影響蝸輪蝸杆齧合的磨損和摩擦性能，是産生摩擦異響的主要部位。

經過理論及實際産品驗證，蝸輪蝸杆摩擦異響的控制因素有：

1. 控制蝸杆齒型輪廓。
2. 蝸輪、蝸杆材料台架測試，材料合理匹配。
3. 蝸輪材料的硬度和吸水率。
4. 蝸輪材料的耐磨性。

4.蝸輪蝸杆摩擦異響改進措施

（1）蝸杆齒型輪廓優化　控制蝸杆齒型輪廓，如圖2所示，蝸杆齒頂采用圓角設計，避免蝸杆齒頂銳邊劃傷蝸輪齧合面[3]。接觸面蝸輪蝸杆接觸面不産生突變，發生機械上的粘滞，引發異響。同時需要控制蝸杆的表面粗糙度。

（2）蝸輪材料台架測試　在産品開發時，對于蝸輪材料選擇是否合理，也可以借助台架試驗進行驗證，采用多組蝸輪蝸杆進行磨合測試，根據測試情況進行蝸輪蝸杆材料匹配。

（3）蝸輪材料的硬度和吸水率　蝸輪的硬度決定了蝸輪齒的強度，蝸輪硬度越高，蝸輪齒的強度越高。同時也要匹配适當硬度的蝸杆，這樣兩者的兼容性更優，更有利于異響的控制。

蝸輪的吸水率決定了蝸輪的尺寸穩定性，吸水率越低，尺寸穩定性越好，更有利于異響的控制。

對不同材料的硬度及吸水率測試可得出，PA66 CF材料硬度最高，PA12 GF、PA66、PA6G硬度相當，PA12 GF材料吸水率最低，PA46 GF吸水率最高。

（4）蝸輪材料的耐磨性　蝸輪的摩擦系數決定了蝸輪蝸杆的磨損量。理論上，摩擦系統越低，蝸輪蝸杆磨損量越少，兩者的間隙變化越小，可以減少摩擦異響。

對不同材料的摩擦系數和磨損量測試如圖3所示。

電動助力轉向系統摩擦異響的控制，還需要在選取合适的潤滑脂、工藝的裝配性方面研究[4]。轉向系統噪聲是一個系統問題，各種因素相互影響，噪聲的改善需要從系統的角度進行考慮。

結 語

綜上所述，底盤噪聲為汽車NVH研究的難點，應展開系統而且全面的分析。對于底盤噪聲及轉向摩擦異響今後可從以下幾個方面深入研究：

1. 轉向管柱蝸輪蝸杆的摩擦異響需要多方面進行控制，其主要原則就是控制蝸輪蝸杆間隙，降低摩擦系數，使其在轉動過程中，齧合平穩順暢。
2. 研究潤滑油脂與蝸輪蝸杆材料的匹配性。考慮采用不同材料的蝸輪與鋼制蝸杆以及采用不用潤滑介質的齧合性能，進一步分析三者之前的搭配使用性能，更深入的優化潤滑效果。
3. 制定多種台架及整車測試内容。按實際樣車出現的問題，将制定多種台架驗證方案及整車測試内容，以便在産品開發初期，能夠更充分地驗證蝸輪蝸杆及潤滑油的搭配性能，保證産品開發的成功性。
4. 底盤系統噪聲對汽車舒适度的影響程度。

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