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噪音和振動是駕駛員評估車輛質量的一個關鍵因素。嘎嘎聲、吱吱聲和振動都可能會在人的感覺上產生負面影響，因此，為了保護品牌聲譽，原始設備制造商必須獲得汽車內每個組件的噪音、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“轉向感”一樣重要。除非在設計階段采取行動，否則方向盤會在汽車行駛時發生振動，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“轉向架式電動助力轉向系統”（R－EPS） 作為解決 NVH 問題和優化轉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濟型“A 和 B 級”汽車而言太過昂貴。

對于這些車輛，最常見的助力轉向類型被稱為“管柱式電動助力轉向”（C－EPS）。這比 R－EPS 更具成本效益，因為電動馬達位于前隔板后面，更接近方向盤和車輛駕駛員。這意味著電機不必承受發動機艙的溫度，因此可以用更輕、更經濟的材料和工藝制造。盡管具有許多成本和輕量化的優勢，但這種解決方案在某些情況下會在方向盤上產生嗡嗡聲，這可能會降低品牌的品質感。

這引發了一個至關重要的問題：“如何用一種經濟高效的解決方案而不會產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動方向盤時讓車輪轉向所需的工作量。這是通過根據方向盤的輸入扭矩產生正確的額外扭矩來實現的。

為了正確實現這種平衡，通過觀察管柱內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。當駕駛員轉動上管柱時，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位移，可測量并用于計算電動機應產生的扭矩的正確數量。

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。通常在這種應用中會使用滾針軸承，進而產生金屬間的接觸。正是這種金屬間的接觸會產生嗡嗡聲，因為來自道路和轉向架的振動沿著管柱向上傳播，并經過動力轉向系統。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”，這可能導致不準確的扭矩測量，對轉向的響應產生負面影響。為了避免這種情況，必須對軸進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 感覺和由此產生的對駕駛體驗的負面影響？

解決的關鍵是找到一種消除金屬間接觸的方法，例如通過使用復合軸承。復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，因此無需進行昂貴的硬化，同時還能為系統提供緩沖。

我們已經在消聲室進行的噪聲測試中對 PTFE 復合材料軸承在 C－EPS 轉向系統中的性能進行了廣泛的分析。這些產生的環境中的背景噪音可以忽略不計，有助于在車輛運行時準確捕捉轉向柱內的嗡嗡聲。

圣戈班最近對其 NORGLIDE SM075CG PTFE 復合材料軸承與滾針軸承進行的測試結果表明，在轉向柱轉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，從而改善對車輛質量的信任。

對于汽車制造商而言，復合材料軸承也具有其他優勢，特別是在安裝過程中 － 它們有助于補償配合組件公差，例如，不需要在軸上使用昂貴的精密磨削表面。

平衡成本和質量

不管他們的預算是多少，駕駛員都希望他們的車能夠提供盡可能理想的駕駛體驗。沒有什么能比轉向系統的感覺更重要 － 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 的復合材料軸承等創新解決方案替代傳統替代方案，制造商可以確保駕駛員獲得他們期望的體驗，即使在最小型的經濟型車輛中也可以，并且不需要重新設計轉向系統。這些小的變化對汽車的性能產生了很大的影響，有助于提高品牌的認知度，為 OEM 業務帶來長期的好處。

作者：圣戈班 NORGLIDE 軸承和 RENCOL 定位環 NVH 工程師 Alfred Lethbridge 博士