某車型前減振器異響分析與優(yōu)化

許陽(yáng)釗，何家興，李奕寶，劉勇奎，羅謝盼

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

車輛經(jīng)過(guò)石塊路等顛簸路面時(shí)，往往會(huì)受到路面的沖擊和振動(dòng)，為了緩沖路面?zhèn)鬟f過(guò)來(lái)的沖擊和振動(dòng)，一般都在車輛上設(shè)置有彈性元件[1]。減振器起著衰減振動(dòng)的作用，其性能好壞直接影響著整車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性[2]。汽車售后市場(chǎng)中，漏油和異響是減振器最主要的兩大質(zhì)量問(wèn)題，市場(chǎng)投訴率很高，而減振器異響問(wèn)題更容易引起顧客的不滿和抱怨，因此也成為各主機(jī)廠在整車開發(fā)過(guò)程中的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。減振器異響在國(guó)內(nèi)外減振器中均普遍存在[3]，異響原因眾多且十分復(fù)雜，針對(duì)不同原因的解決思路也各不相同。

本文作者以某車型的前減振器異響問(wèn)題為研究對(duì)象，針對(duì)該車型的前減振器在經(jīng)過(guò)雙凸包限速路障的工況下出現(xiàn)的沖擊異響問(wèn)題，通過(guò)原因分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和改善樣件試驗(yàn)驗(yàn)證等步驟，最終解決了該減振器異響問(wèn)題。

1 問(wèn)題描述

雙凸包限速路障示意圖如圖1所示。

圖1 雙凸包限速路障示意圖

如圖1所示，雙凸包限速路障由兩個(gè)凸包組成，第一個(gè)凸包高度為80 mm，第二個(gè)凸包高度為100 mm，兩個(gè)凸包之間的距離為10 m。某車型以20 km/h速度經(jīng)過(guò)圖1所示的雙凸包限速路障時(shí)，當(dāng)車輛前輪通過(guò)凸包之后輪胎落地時(shí)，車內(nèi)能聽到前懸架傳遞過(guò)來(lái)的明顯的“beng beng”沖擊聲，聲品質(zhì)較差，容易引起顧客抱怨；而車速過(guò)高或過(guò)低，車輛通過(guò)雙凸包限速路障時(shí)，雖然也有沖擊聲，但基本可以接受。

2 原因分析

首先，通過(guò)對(duì)前懸下擺臂、前橫向穩(wěn)定桿、前穩(wěn)定桿拉桿、前減振器總成等零件逐個(gè)進(jìn)行換件，更換的零件保證自身尺寸和性能檢測(cè)合格，并以相同車速通過(guò)同樣路況進(jìn)行試驗(yàn)排查，發(fā)現(xiàn)沖擊異響依然存在。然后，制作一組大阻尼力的前減振器總成樣件并裝車試驗(yàn)，沖擊異響得以改善，但效果不理想，可以判斷異響源來(lái)自減振器。將產(chǎn)生異響的減振器總成在臺(tái)架上進(jìn)行耐久試驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)等多項(xiàng)基本性能測(cè)試，該類異響均未出現(xiàn)。

為了確定異響根本原因，利用儀器對(duì)異響源進(jìn)行客觀數(shù)據(jù)采集，通過(guò)在減振器活塞桿頂端布置加速度傳感器，測(cè)量活塞桿軸向振動(dòng)加速度，在減振器安裝到車身的塔座上布置加速度傳感器，測(cè)量車身塔座的振動(dòng)加速度，并通過(guò)頻譜分析儀采集車身塔座的振動(dòng)頻譜。儀器布置準(zhǔn)備完畢后，在同樣工況下進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)并采集數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在300～500 Hz頻段內(nèi)存在較大“beng beng”噪聲，如圖2所示，通過(guò)信號(hào)處理軟件過(guò)濾掉該頻段，“beng beng”噪聲消失。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)活塞桿頂端存在不正常振動(dòng)，如圖3所示，活塞桿頂端的振動(dòng)加速度為85.4g，車身塔座的振動(dòng)加速度為16.7g，活塞桿頂端的振動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于車身塔座的振動(dòng)。

由此可見，該車型的異響是由于車輛經(jīng)過(guò)該工況時(shí)，路面產(chǎn)生的沖擊能力巨大，減振器阻尼無(wú)法有效衰減，過(guò)凸包后車輪下跳極限時(shí)引起活塞桿不正常振動(dòng)，該振動(dòng)經(jīng)減振器上支撐傳遞至車身，當(dāng)該振動(dòng)與簧上質(zhì)量固有頻率相同或接近時(shí)，引起車身共振，該振動(dòng)傳遞到車內(nèi)即產(chǎn)生前文所述的“beng beng”共振異響。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，減振器產(chǎn)生共振異響的解決對(duì)策主要有兩種：一是切斷振動(dòng)傳遞路徑，二是抑制共振源[4]。由于切斷振動(dòng)傳遞路徑的解決方法并不能從根本上解決異響問(wèn)題，文中主要采用抑制共振源的思路來(lái)解決車輛過(guò)雙凸包工況的異響問(wèn)題，并制定了3種減振器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。

優(yōu)化方案一：將減振器內(nèi)部現(xiàn)有的普通限位塊更換為液壓緩沖機(jī)構(gòu)，如圖4所示。可在減振器拉伸極限時(shí)刻提供一個(gè)大阻尼，以衰減沖擊加速度，降低沖擊能量。該方案可以調(diào)節(jié)拉伸極限時(shí)刻的阻尼力，而且緩沖行程也可調(diào)，如圖5所示。

圖4 液壓緩沖機(jī)構(gòu)

圖5 裝有液壓緩沖機(jī)構(gòu)的減振器示功圖

優(yōu)化方案二：將減振器內(nèi)部現(xiàn)有的普通限位塊更換為具有液壓緩沖功能的限位塊，即液壓緩沖塊，如圖6所示。其原理與優(yōu)化方案一類似，但限位時(shí)刻阻尼力大小及緩沖行程由結(jié)構(gòu)限定不能調(diào)節(jié)，示功圖如圖7所示。

優(yōu)化方案三：在優(yōu)化方案二的基礎(chǔ)上同時(shí)加大復(fù)原阻尼力和壓縮阻尼力，示功圖如圖8所示。

圖6 液壓緩沖塊

圖7 裝有液壓緩沖塊的減振器示功圖

圖8 裝有液壓緩沖塊的減振器(加大阻尼力)示功圖

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

將3種優(yōu)化方案的減振器總成分別裝車，同樣以20 km/h速度經(jīng)過(guò)雙凸包限速路障，并采集活塞桿頂端和車身塔座的振動(dòng)加速度，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析。可得：

優(yōu)化方案一：主觀評(píng)價(jià)感覺(jué)車輛過(guò)凸包的沖擊減小很明顯，過(guò)凸包聲音比較沉悶，聲品質(zhì)較佳，乘坐舒適感明顯提升。客觀測(cè)量的結(jié)果也印證了這一點(diǎn)：活塞桿頂端的振動(dòng)加速度由原來(lái)的85.4g降低為22g，車身塔座的振動(dòng)加速度由原來(lái)的16.7g降低為3g。

優(yōu)化方案二：主觀評(píng)價(jià)感覺(jué)車輛過(guò)凸包的沖擊感有所減小，沖擊聲音可以接受。客觀測(cè)量活塞桿頂端的振動(dòng)加速度由原來(lái)的85.4g降低為63g，車身塔座的振動(dòng)加速度由原來(lái)的16.7g降低為15g。

優(yōu)化方案三：主觀評(píng)價(jià)感覺(jué)車輛過(guò)凸包的沖擊感也減小很多，過(guò)凸包的聲音比方案一稍大但比方案二較好，乘坐舒適性比較好。客觀測(cè)量數(shù)據(jù)與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果一致：活塞桿頂端的振動(dòng)加速度由原來(lái)的85.4g降低為31g，車身塔座的振動(dòng)加速度由原來(lái)的16.7g降低為7g。

以上3個(gè)優(yōu)化方案，通過(guò)主觀評(píng)價(jià)確定了優(yōu)化后的減振器總成裝車后，經(jīng)過(guò)雙凸包限速路障工況的沖擊異響都有不同程度的改善，聲品質(zhì)都得到提升，乘坐舒適性也有提升。但是，優(yōu)化方案一增加成本較多，優(yōu)化方案三由于增加阻尼力影響了整車在其他工況下的舒適性，相比較之下，優(yōu)化方案二增加成本較少而且異響改善效果可以接受，同時(shí)也沒(méi)有影響整車在其他工況下的舒適性。本著工程問(wèn)題節(jié)約成本意識(shí)，文中最終選擇了優(yōu)化方案二。最后，將優(yōu)化方案二的減振器裝配到整車進(jìn)行綜合耐久和高強(qiáng)度耐久等各種耐久路試驗(yàn)證，確認(rèn)了優(yōu)化后的減振器的耐久性能也是滿足設(shè)計(jì)要求的。

5 結(jié)論

針對(duì)該車型的前減振器在經(jīng)過(guò)雙凸包限速路障的工況下出現(xiàn)的沖擊異響問(wèn)題，通過(guò)主觀評(píng)價(jià)和客觀數(shù)據(jù)測(cè)量，確定了減振器異響原因，提出了3種減振器優(yōu)化方案，并將優(yōu)化方案的減振器裝車進(jìn)行相同工況下的試驗(yàn)評(píng)價(jià)和數(shù)據(jù)測(cè)量，異響問(wèn)題得以解決。通過(guò)3種優(yōu)化方案的對(duì)比分析結(jié)合成本考慮，最后選擇液壓緩沖塊的方案，并通過(guò)整車耐久路試驗(yàn)證了該方案的可靠性。還可得出：

(1)減振器異響原因復(fù)雜多樣，通過(guò)主觀評(píng)價(jià)和客觀數(shù)據(jù)測(cè)量?jī)煞N手段結(jié)合起來(lái)，有利于判斷減振器異響根本原因。

(2)通過(guò)液壓緩沖機(jī)構(gòu)、液壓緩沖塊等方法增加下跳極限時(shí)的阻尼力，可衰減沖擊加速度，降低沖擊能量，提升乘坐舒適性。

(3)解決工程問(wèn)題要有成本意識(shí)，在解決問(wèn)題的同時(shí)盡量節(jié)約成本，文中最終選擇液壓緩沖塊的方案即在解決異響的前提下達(dá)到成本最優(yōu)。