某車型上支座異響問題分析與設計優化

席思文

(吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江寧波 315336)

0 引言

隨著現代汽車的普及，人們對汽車的舒適性要求也越來越高。為了改善汽車的乘坐舒適性，減振器總成是一個重要的零件，減振器總成最主要的失效模式之一是異響。整車項目研發階段，隨著汽車技術的不斷發展，異響的提前識別方法越來越多，其中整車高低溫四立柱試驗就是其中的一種。

汽車的懸架系統中減振器是核心部件，減振器上端設有能連接在車身上的上支座[1]。以某車型在整車四立柱試驗中發現的一個異響問題為研究對象，通過原因分析、結構優化設計、改善件驗證等最終解決了該問題。

1 問題描述

某車型在低溫環境下，進行整車四立柱臺架異響測試試驗，在模擬5～10 km/h過扭曲路的工況時，前懸架發出“叮”的異響聲，發出異響的位置如圖1所示。

整車四立柱臺架異響試驗需要在帶有高低溫環境倉的整車半消聲室內進行，將整車的4個車輪放置在輪盤上，4個輪盤下面分別有單獨的驅動器，可以根據所采集的路譜進行迭代后轉換的輸入信號進行驅動，驅動文件需要選擇軸頭z向，整車四立柱臺架示意圖如圖2所示。

圖1 異響位置示意

圖2 整車四立柱臺架示意

整車四立柱臺架也可以用于整車疲勞耐久可靠性試驗研究[2]。

2 原因分析

通過對懸架系統零部件進行排查，確定異響來自前滑柱總成上部附近。前滑柱總成上部結構如圖3所示，上端通過上支座螺栓與車身連接，主要包括墊片、上支座、緩沖塊、下扣杯、防塵罩和減振器活塞桿等零件。某車企統計過支柱類的異響模式，包括上支座、緩沖塊和防塵罩的異響等[3]。

圖3 前滑柱總成上部結構

根據整車四立柱臺架的試驗條件，用減振器MTS性能試驗機(見圖4)進行模擬試驗，試驗條件：環境溫度為-30 ℃，減振器行程為±30 mm，減振器速度為0.3 m/s。

圖4 減振器MTS性能試驗機

通過以上模擬試驗復現了該異響，異響出現在減振器設計位置向上壓縮2 mm處，異響出現時減振器活塞桿上部振動明顯，說明異響與活塞桿接觸的零件相關。有一種通過臺架試驗測試活塞桿的加速度，用加速度信號時域峰谷差值法對減振器異響進行辨識[4]。

某車型出現過上支座與彈簧盤干涉的問題[5]，經排查分析不存在同類問題。運用魚骨圖分析法，將導致該問題可能的相關的因素列出，如圖5所示。魚骨圖分析法是一個比較實用的查找問題根本原因的分析方法，將所有可能的影響因素列出，逐條進行排查，售后市場也有用該方法進行失效原因分析[6]。

圖5 異響問題魚骨圖

根據圖5可知，導致該異響問題出現的可能零件包括下扣杯、緩沖塊、上支座、墊片和防塵罩等。通過臺架試驗進行排查，結果見表1。根據排查結果，異響與緩沖塊和防塵罩等無關，主要的影響因素在上支座上部的橡膠和墊片。

表1 異響問題排查結果

進一步進行分析排查，確認了異響的原因是墊片與橡膠在使用過程中出現了分離，導致墊片在與橡膠分離的時候出現“叮”的聲音。

3 結構優化設計

目前減振器上支座結構由上支座外骨架、橡膠、上支座內套管和螺栓組成，外骨架為鈑金，內套管為金屬件，螺栓通過滾花壓入外骨架鈑金中。橡膠與上支座內套管、上支座外骨架通過硫化成一個整體。

減振器上支座與減振器裝配時，墊片、上支座內套管和下扣杯通過減振器活塞桿連接在一起，墊片下表面與上支座內套管上表面接觸，墊片對橡膠存在一定的預壓縮量，在整車運動過程中，橡膠會有變形，橡膠的壓縮量會有變化。現有結構存在橡膠變形后與墊片出現分離的情況。

進行設計優化后的上支座如圖6所示，在橡膠本體上增加16個高度為1 mm的橡膠小凸臺，截面形狀為長方形，此橡膠小凸臺與橡膠本體為一起硫化而成，是一個整體。此橡膠小凸臺，可以減少與墊片的接觸面積，減小摩擦，并保證空氣流通順暢，有效避免減振器上支座相關的異響和噪聲。

上支座橡膠增加小凸臺的目的是為了使墊片與橡膠始終接觸，不會出現分離的情況，從而避免出現此類異響問題。

圖6 優化后的上支座

4 試驗驗證

減振器上支座是底盤懸架系統的一個重要零部件，用于實現減振器上端與車身可靠連接，傳遞彈簧、緩沖塊和減振器的負荷沖擊，隔離路面經由減振器和彈簧的各種振動，同時對車身控制起作用。

減振器上支座也是一個容易出現異響和噪聲的零件。因此，需要設計優化方案既可以解決異響問題，又同時可以將上支座的靜態性能變化控制到最小，對整車操穩性能和NVH性能影響最小。

基于增加橡膠小凸臺結構的優化設計方案，將優化后的設計方案進行單件測試和裝配新的減振器進行總成測試。

4.1 上支座剛度測試

現有減振器上支座主要采用橡膠與金屬直接硫化而成，其中起主要減振降噪作用的是橡膠部分，橡膠的靜剛度是一個很重要的設計指標。為了提前評估更改方案對剛度的影響，可以通過CAE仿真進行剛度分析[7]。增加小凸臺前后的剛度測試結果如圖7所示，剛度測試結果很接近。

經NVH測試和整車動態性能評價[8]，結果證明更改方案對整車NVH和動態性能無影響。

圖7 上支座剛度測試結果

4.2 異響試驗驗證

優化后的設計方案制作的樣件，先裝配成減振器總成，在圖4所示的減振器性能試驗機上進行臺架試驗驗證，驗證了20個件，均未出現異響。

將優化的樣件裝配減振器總成，再裝配到整車上，再用圖2所示的整車四立柱臺架進行整車低溫四立柱試驗，驗證了3臺車，均無異響。

以上試驗充分表明，優化后的上支座異響消除，效果良好。

5 結論

通過對減振器上支座異響原因的分析和設計改進方案的驗證，為上支座異響問題排查解決提供依據，研究結果表明：

(1)通過整車四立柱試驗進行異響測試，可以作為整車異響評價的一個參考方法。

(2)魚骨圖分析法是一種有效的查找問題原因的方法，可以作為問題排查和原因分析的參考方法。

(3)上支座異響問題，通過在橡膠本體上增加小凸臺解決，對整車NVH和操穩性能無影響，可以作為上支座設計的參考結構，對上支座的設計具有參考價值。