整車過坎二次沖擊現象分析

葉明瑞，隋延奇，辛慶鋒，孫福祿，姜軍平，徐梅梅

1.浙江吉智新能源汽車科技有限公司，浙江杭州 311228；2.浙江吉利新能源商用車集團有限公司，浙江杭州 311228

0 引言

隨著中國汽車行業的發展，近幾年汽車普及面非常之廣，大大小小的車輛穿梭在不同的道路上。而國內公共道路有較多的不同形狀、不同大小的減速帶。同時，隨著車輛通過減速帶的影響，越來越多的人關注到車輛過減速帶時帶給人體的舒適感。因此，在車輛開發過程中，汽車設計工程師加大了對車輛過坎沖擊性能的深入研究。

過坎二次沖擊指的是車輛過減速帶后，前懸架存在二次振動、收斂不足的問題，歸為平順性中的沖擊問題，簡稱過坎沖擊。本文以某車型在開發過程中過減速帶時存在的過坎沖擊問題為例，從仿真分析、客觀測試、主觀評價3個方面對不同零部件進行了全方面地分析與驗證。

之前研究過很多方案確定以及性能優化的案例，這些都屬于車型前期開發案例，采用的流程通常為：仿真分析—方案確定—客觀測試—主觀評價。但本文不同于前期的方案設計分析思路，該案例屬于后期車型存在的性能問題，采用的流程為：主觀評價確認問題，客觀測試分析問題點，仿真分析鎖定影響因素，最后進行客觀測試和主觀評價確認。

1 主觀評價

該車輛過減速帶時出現過坎沖擊大，主要表現為懸架硬、二次沖擊大、震蕩周期多。針對該問題進行追蹤溯源，發現出現問題的工況主要集中在車速為20～50 km/h，且車輛通過減速帶時。

1.1 傳遞路徑

根據主觀評價感受到的振動情況，經過分析，該振動的傳遞路徑主要有兩個，具體如圖1所示。

圖1 振動傳遞路徑

路徑1：車輛接收到來自路面的激勵，通過輪胎輪輞車輪系統、減振器支柱系統(包含彈簧、緩沖塊、上支座)傳遞至車身。

路徑2：車輛接收到來自路面的激勵，對動力總成產生激振，再通過懸置傳遞到車身。

1.2 減速帶

目前國內公共道路上比較常見的減速帶示意如圖2所示。對不同路況下的橡膠減速帶進行了調研，其規格尺寸見表1。

圖2 不同減速帶示意

表1 橡膠減速帶規格尺寸 單位:mm

1.3 分析方法

為統一研究分析主觀評價、仿真分析、客觀測試的結果，減速帶選用寬為300 mm、高為35 mm的城市街道減速帶，通過車速為20 km/h或30 km/h(根據主觀評價結果選定仿真分析和客觀測試的車速)。測試點為Topmount點方向加速度。

2 仿真分析

搭建某車型的整車仿真分析模型,如圖3所示。根據客觀測試結果對車輛模型進行校準，校準方法主要為：仿真分析采用與客觀測試同樣的仿真工況，更換同客觀測試數據相同的零部件進行仿真分析。根據表1減速帶規格要求搭建路面。

圖3 某車型的整車仿真分析模型

2.1 不同長度的緩沖塊仿真分析

減速帶規格為300 mm(寬)×35 mm(高)，通過車速為20 km/h。緩沖塊設定不同的長度，分別為60、70、80、90 mm。不同緩沖塊長度的整車過坎沖擊仿真分析結果如圖4所示。

圖4 不同緩沖塊長度的整車過坎沖擊仿真分析結果

由圖4可知，緩沖塊長度對過坎沖擊幅值影響較小，最短緩沖塊衰減相對較好，與主觀評價結果相符。

2.2 不同剛度的橡膠懸置仿真分析

減速帶規格為300 mm(寬)×35 mm(高)，通過車速為30 km/h。橡膠懸置的剛度設定分別為原始剛度、垂向方向剛度降低50、垂向方向剛度增加50進行整車過坎仿真分析。不同剛度的橡膠懸置仿真分析結果如圖5所示，不同剛度的第一峰值和第二峰值見表2。

圖5 不同剛度的橡膠懸置仿真分析結果

表2 不同剛度的第一峰值和第二峰值 單位: mm·s-2

由圖5和表2可知，橡膠懸置剛度對過坎沖擊第一峰值幅值影響較小，剛度增大對第二峰值影響較大，隨著剛度的增加收斂性變好。

2.3 不同阻尼系數的液壓懸置仿真分析

減速帶規格為300 mm(寬)×35 mm(高)，通過車速為30 km/h。液壓懸置阻尼系數分別為初始、0.25、0.45進行仿真分析。不同阻尼系數的液壓懸置仿真分析結果如圖6所示，不同阻尼系數的第一峰值和第二峰值見表3。

圖6 不同阻尼系數的液壓懸置仿真分析結果

表3 不同阻尼系數的第一峰值和第二峰值 單位: mm·s-2

由圖6和表3可知，不同阻尼系數的液壓懸置對過坎沖擊第一峰值幅值影響較小，阻尼系數增大對第二峰值影響較大。

3 客觀測試

3.1 橡膠懸置客觀測試

減速帶規格為300 mm(寬)×35 mm(高)，通過車速為30 km/h。車輛原始橡膠懸置如圖7所示，該結構懸置自由狀態下間隙約3 mm，整車狀態下受動總重力影響，該間隙會繼續加大。通過在間隙內增加墊塊的方法進行加固。

圖7 車輛原始橡膠懸置

3.1.1 橡膠懸置加固和無加固測試

橡膠懸置加固和無加固測試結果如圖8所示，橡膠懸置加固和無加固時的峰值見表4。

圖8 橡膠懸置加固和無加固測試結果

表4 橡膠懸置加固和無加固時的峰值 單位: mm·s-2

通過圖8和表4顯示，懸置加固后對過坎中第一峰值基本無影響，對第二及以后峰值大小及收斂性影響較大，即懸置性能對過坎二次沖擊及過坎后的收斂性影響比較大，與主觀評價結果相同。

3.1.2 不同硬度橡膠懸置測試

不同硬度橡膠懸置測試結果如圖9所示，不同硬度橡膠懸置時的峰值見表5。

圖9 不同硬度橡膠懸置測試結果

表5 不同硬度橡膠懸置時的峰值 單位:mm·s-2

通過圖9和表5顯示，更換不同剛度的橡膠懸置對過坎中第一峰值基本無影響，對第二及以后峰值大小的收斂性影響較大，即懸置性能對過坎二次沖擊及過坎后的收斂性影響比較大。該客觀測試結果與主觀評價結果以及整車仿真分析結果相同。

3.2 液壓懸置客觀測試

減速帶規格為300 mm(寬)×35 mm(高)，通過車速為30 km/h。對原車采用橡膠懸置、液壓懸置以及相對應的競品車客觀測試數據進行對比,具體對比結果如圖10和表6所示。

圖10 不同車型不同懸置的對比結果

表6 不同車型不同懸置的峰值 單位: mm·s-2

由圖10和表6可知，橡膠懸置與液壓懸置相比，液壓懸置收斂性較好、震蕩少，達到對標車水平。

3.3 座椅客觀測試

減速帶規格為300 mm(寬)×35 mm(高)，通過車速為30 km/h。更換不同規格的座椅進行測試。不同類型的座椅結構如圖11所示，不同座椅的對比結果如圖12所示，不同類型座椅的峰值見表7。

圖11 不同類型座椅的結構

圖12 不同類型座椅的對比結果

表7 不同類型座椅的峰值 單位: mm·s-2

由圖12和表7可知，相同鋼絲直徑下，泡沫硬度越高，隔振效果越差，反之泡沫硬度越低，隔振效果越好;相同泡沫硬度的座椅，直徑越大，隔振效果越好，反之直徑越小，隔振效果越差。

4 結論

通過上述主觀評價、仿真分析、客觀測試數據對比，總結如下:

(1)在整車過坎沖擊中，在底盤性能件中過坎沖擊加速度曲線的第一峰值的因素有：輪胎垂向剛度、胎壓，減震器阻尼、彈簧剛度、緩沖塊剛度、前減振器上支座；影響第二峰值的因素有：橡膠懸置的限位間隙、懸置的垂向剛度值以及液壓懸置中的阻尼大小。

(2)對于相同鋼絲直徑下的座椅，泡沫硬度越低，隔振效果越好；相同泡沫硬度的座椅，直徑越大，隔振效果越好；同時，泡沫硬度對座椅隔振的影響大于鋼絲直徑的影響。