汽車減振器低溫異響問題研究

劉祖斌 曹春雨 劉振宏 張坤超

摘要：針對某車型右后減振器異響問題，分別從源和傳遞路徑做了系統的理論分析和試驗驗證，確定了減振器低溫下異常振動和輪罩剛度弱是減振器異響根本原因。為了從工程設計和產品管控上徹底規避減振器異響問題，制定減振器單體臺架試驗方法和相應的控制指標，同時對傳遞路徑的關鍵影響因素提出了結構設計建議及目標。

關鍵詞：減振器異響;車身剛度;傳遞路徑分析;控制指標

中圖分類號：U463.33+5.1 文獻標識碼：A文章編號：1005-2550（2020）02-0015-06

劉祖斌

畢業于吉林大學，碩士學位，目前就任中國第一汽車集團有限公司研發總院NvH研究所主任，主要研究方向為整車異響性能控制及操作聲品質控制。

1前言

懸架異響，形成原因非常復雜，國內外對此均進行了一定的研究，但多數懸架異響的原因鎖定在減振器上。文獻分別從道路和臺架試驗對減振器異響進行了研究識別，找到了一些減振器異響的控制指標。文獻將減振器噪聲明確為一種類似鴿鳴的低頻“咕咕”聲，認為減振器內部氣、液、固特性的急劇變化是產生異響-的最根本原因。文獻則著重研究的減振器的結構噪聲傳遞機理及模型。但是綜合來看目前對后懸架減振器異響的研究依然沒有定論，主要表現在對發生機理仍然比較模糊和存在爭議以及應用的研究方法和手段尚不成熟兩個方面。

與以往研究所不同，本文從源和傳遞路徑兩方面系統地進行了異響的成因分析，找出了導致異響產生的主要因素，減振器是產生異響的根源，而傳遞路徑中，輪罩剛度弱形成的“擊鼓效應”是主要原因。最后，為了從工程設計上徹底規避減振器異響問題，制定減振器單體臺架試驗方法和相應的控制指標，同時對傳遞路徑的關鍵影響因素提出了結構設計建議及目標。

2異響問題分析

2.1異響問題主觀評價

對發生異響問題的車輛，進行道路行駛主觀評價。通過在多種路面行駛，確認該乘用車在氣溫低于-10℃，在小顛簸路面以低速10～20km/h行駛時，車輛右后部懸架處發出異響，隨著外界溫度的升高，異響明顯減弱至消失。聲音表現為類似敲鼓的“咚咚”聲。

3原因分析

3.1異響信號采集分析

在車輛異響發生時，使用數據采集系統，采集車內后排的聲音信號，并用聲音編輯軟件對采集的聲音信號進行時頻分析，得到圖1a，并在音質評價室對聲音頻譜進行濾波回放，發現異響發生的頻率在300-600Hz頻帶內，隨著車輛的行駛，斷斷續續的出現。屬于寬頻噪聲。

對圖1a的時頻信號進行聲音回放跟蹤，在車輛經過每一個寬頻脈沖信號的位置時，均出現咚咚的異響而且這些異響是不連續的，隨著車輛的行駛，隨機出現，且在低溫下的明顯，常溫下基本聽不到，見圖1b：

3.2原因查找

2.2.1減振器問題分析

對車輛后部可能存在異響的零部件進行排查，通過重新裝配、拆除、互換總成，排除周邊部件，如毛氈、油箱管路、護板、飾板等部件的可能性。鎖定異響發生在減振器一上懸置一車身這一路徑上，分析的過程如圖2所示：

異響在低溫（-10℃以下）下較為明顯，從減振器到后排人耳的整個傳遞路徑見圖3，減振器和上懸置受溫度影響性能差異較大，而車身、后備箱、包裹架等受溫度影響很小。因此，對于激勵源，著重分析減振器和上懸置。更換新的上懸詈、調整上懸置剛度等措施，通過道路主觀評價，對異響基本無改善，因此，上懸置不是導致異響的主要因素。

在低溫和常溫兩種溫度條件下，通過整車道路試驗，對減振器活塞桿上端頭的振動加速度進行測量，測量結果如圖4所示，從圖中可以看出，在300～600Hz之間，低溫下減振器活塞桿上端頭的振動幅值要明顯大于常溫，減振器存在低溫性能劣化的現象。

在低溫下，通過整車道路試驗對不同方案的減振器活塞桿上端振動加速度進行了客觀測量，同時進行主觀評價。客觀測量結果如圖5所示，主觀評價結果如表1所示。從結果可以看出，活塞桿振動水平分別是方案A>方案B>方案C，主觀評分結果是方案A<方案B<方案C，振動越大，異響越嚴重，主觀評分越低，主、客觀評價一致。

綜上，減振器在低溫下性能劣化是造成該車型后懸架異響的主要原因之一，通過調試減振器，對異響有一定改善，但不能根除。結合問題現象，相同減振器，左側懸架無異響，可以推斷出右側傳遞路徑上存在問題部件或總成。

2.2.2傳遞路徑問題分析

（1）傳遞路徑NTF分析

對左右減振器安裝座進行激勵，后排乘員人耳處拾取聲音信號，測量從減振器安裝點到后排乘員人耳處的NTF，測量曲線如圖6所示。從圖中可以看出在異響所處頻段內右側減振器安裝點至后排人耳的傳遞率曲線出現多個峰值，整體也較左側的傳遞率大。因此，確認右側傳遞路徑上有問題部件或總成，造成了異響的發生。

（2）異響頻譜分析

從圖3減振器安裝點到后排乘員人耳處的傳遞路徑可以看出，左側和右側傳遞到后排乘員人耳的路徑中，后備箱、包裹架、座椅基本相同，而異響只發生在右側，說明減振器安裝座處車身聯接點和附近輪罩的疑點最大，需重點分析。

在低溫和常溫下分別對減振器活塞桿上端頭、減振器安裝座對應輪罩鈑金處的振動以及聲音進行測量，測點如圖7所示：

輪罩上正對減振器支座處振動頻譜如圖8所示，由圖可以看出，振動加速度在低溫下明顯大于常溫，在多個頻率點出現峰值，如425Hz和495Hz附近。這是由于低溫下減振器活塞桿振動明顯變大，且異常振動的頻率范圍（見圖4）覆蓋輪罩局部模態，導致輪罩振動過大，形成“擊鼓效應”。

右側輪罩局部模態測試結果如圖9，從曲線可以看出輪罩的局部模態非常豐富，在425Hz和495Hz附近有多個局部模態。

通過左右輪罩結構對比發現，右側輪罩整體比左側大（加油孔位于右側），且輪罩缺少加筋和支撐結構，在減振器異常振動的敲擊下，形成“擊鼓效應”導致異響問題的產生。

3.3確定真因

綜上所述，減振器在低溫下性能劣化，振動變大是誘發低溫異響的根源一一源因素;車身上懸置支座聯接處輪罩剛度弱，且一些模態頻率與減振器異常振動的激勵頻率相吻合或接近對振動和聲音的放大作用（擊鼓效應）是產生異響的主要原因——傳遞路徑因素。

4解決措施和驗證

4.1改善激振源一優化減振器

優化減振器主要從改善減振器油液的低溫粘度和改進減振器閥系兩個方面進行，共設計出5種不同的優化方案，在減振器測試臺架（如圖10）上對減振器頂端振動進行了測量，測試結果如表2所示，減振器方案1效果最優。

4.2改善傳遞路徑一優化車身

圖11為單自由度FRF圖，從圖中可以看出，提高系統剛度和質量均能降低整體振動幅值，而提高系統的阻尼，能有效的控制共振峰值。因此，對于解決前述異響問題，可以從增加輪罩附加質量、提高剛度和增加阻尼三個方面著手。

在減振器車身安裝點輪罩附近焊接加強板，對局部剛度進行加強，并在兩層鈑金間附加阻尼材料，方案如圖12所示：

4.3方案驗證

選取方案1減振器和加強后的車身進行客觀測試和主觀評價，并與原車數據相對比。

4.3.1客觀數據對比

加強后的車身安裝方案1減振器，測試得輪罩處振動與原車狀態振動對比如圖13所示，對比發現體現方案的輪罩振動在異響頻段明顯降低。

4.3.2主觀評價對比

在不同車身狀態下安裝不同的減振器進行道路主觀評價，評價結果如表3所示。對比得出車身加強+方案1減振器效果最優，異響消除。與客觀測試結果相吻合，證明方案有效。

5系統管控

為了從工程設計和產品管控上系統規避減振器異響問題，需要從減振器的選型和品控、車身設計兩個層面進行工程指標控制。

5.1減振器性能管控

通過上述的研究和大量的數據積累，通過對臺架上減振器端頭的加速度值進行限值能夠較為有效地控制減振器低溫劣化，從而規避異響問題的發生。具體管控要求：-20℃，振幅±5mm，掃頻8～13Hz（0.1Hz/s），100～400Hz范圍內，端頭加速度三※（出于技術保密，此值隱藏，下同）。

5.2減振器聯接點剛度及輪罩結構

對于轎車，減振器聯接點動剛度應不低于※N/mm，而輪罩處（特別是加油孔側）結構應采用多筋結構或者在輪罩剛度較弱處增加加強筋，剛度不低于※N/mm。

6結論

（1）對于減振器異響問題，從減振器本身和傳遞路徑兩個方面分析和解決問題才是最徹底和系統的方式。

（2）減振器閥系在低溫下容易產生異常振動，從而誘發異響。在產品控制中，應對減振器活塞桿上端頭的振動量進行適當約束，制定目標限制，減少從減振器到車身上的振動傳遞。

（3）減振器與車身聯接點動剛度和附近輪罩剛度弱（特別是加油孔側）是導致異響發生另一個重要因素。因此，汽在進行車身設計時，一定要對車身聯接點動剛度和輪罩剛度制定合理的目標值。