噪音和振動是駕駛員評估車輛質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素。嘎嘎聲、吱吱聲和振動都可能會在人的感覺上產(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內(nèi)每個組件的噪音、振動和聲振粗糙度 （NVH） 屬性。
NVH 級別問題及其對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)計階段采取行動，否則方向盤會在汽車行駛時發(fā)生振動，嗡嗡作響，讓駕駛員感到不適。
大型豪華車的制造商通常使用“轉(zhuǎn)向架式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”（R－EPS） 作為解決 NVH 問題和優(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于較小的經(jīng)濟(jì)型“A 和 B 級”汽車而言太過昂貴。
對于這些車輛，最常見的助力轉(zhuǎn)向類型被稱為“管柱式電動助力轉(zhuǎn)向”（C－EPS）。這比 R－EPS 更具成本效益，因為電動馬達(dá)位于前隔板后面，更接近方向盤和車輛駕駛員。這意味著電機(jī)不必承受發(fā)動機(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，但這種解決方案在某些情況下會在方向盤上產(chǎn)生嗡嗡聲，這可能會降低品牌的品質(zhì)感。
這引發(fā)了一個至關(guān)重要的問題：“如何用一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案而不會產(chǎn)生煩人的方向盤噪音的方式解決 NVH 問題？”
尋找嗡嗡聲的來源
作為回答這個問題的第一步，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)動方向盤時讓車輪轉(zhuǎn)向所需的工作量。這是通過根據(jù)方向盤的輸入扭矩產(chǎn)生正確的額外扭矩來實現(xiàn)的。
為了正確實現(xiàn)這種平衡，通過觀察管柱內(nèi)多個組件的相互作用來測量輸入扭矩是非常重要的。其中一個這樣的組件就是電機(jī)之前的管柱部分，其被分成兩部分，并通過被稱為“套筒軸”或“扭力桿”的更小、更靈活的軸結(jié)合起來。套筒軸足夠小，在上管柱和下管柱之間的相對力作用下扭轉(zhuǎn)。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動上管柱時，下管柱會抗拒輪胎和路面之間的摩擦引起的移動。這個功能的好處是允許實現(xiàn)位移，可測量并用于計算電動機(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，它們必須用軸承分開。通常在這種應(yīng)用中會使用滾針軸承，進(jìn)而產(chǎn)生金屬間的接觸。正是這種金屬間的接觸會產(chǎn)生嗡嗡聲，因為來自道路和轉(zhuǎn)向架的振動沿著管柱向上傳播，并經(jīng)過動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著時間的推移，這種接觸可能引起的另一個問題就是所謂的軸的“鹽化”，這可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的扭矩測量，對轉(zhuǎn)向的響應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響。為了避免這種情況，必須對軸進(jìn)行熱處理以增加硬度，但是這增加了成本。
解決問題
那么，如何消除 NVH 感覺和由此產(chǎn)生的對駕駛體驗的負(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層組成，而非滾針軸承的滾動元件。由于該化合物解決了鹽化問題，因此無需進(jìn)行昂貴的硬化，同時還能為系統(tǒng)提供緩沖。
我們已經(jīng)在消聲室進(jìn)行的噪聲測試中對 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，有助于在車輛運行時準(zhǔn)確捕捉轉(zhuǎn)向柱內(nèi)的嗡嗡聲。
圣戈班最近對其 NORGLIDE SM075CG PTFE 復(fù)合材料軸承與滾針軸承進(jìn)行的測試結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)動期間齒輪齒震顫聲壓級可明顯降低幾乎8 dB（A）。對于消費者來說，這可能意味著方向盤的嗡嗡聲會大幅減少，從而改善對車輛質(zhì)量的信任。
對于汽車制造商而言，復(fù)合材料軸承也具有其他優(yōu)勢，特別是在安裝過程中 － 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能夠提供盡可能理想的駕駛體驗。沒有什么能比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的感覺更重要 － 駕駛員的手在大部分駕駛時間中都與方向盤保持接觸，因此任何過度的振動都會被立刻注意到。
通過使用基于 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，即使在最小型的經(jīng)濟(jì)型車輛中也可以，并且不需要重新設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這些小的變化對汽車的性能產(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)帶來長期的好處。
作者：圣戈班 NORGLIDE 軸承和 RENCOL 定位環(huán) NVH 工程師 Alfred Lethbridge 博士
