某型重載車后懸架異響原因分析及對策研究

劉振宏，劉祖斌，孫銀方，張洋，郭素杰，李彬

（130000 吉林省 長春市 中國第一汽車集團有限公司研發總院NVH 研究所）

0 引言

隨著汽車工業的飛速發展，消費者對車輛的動力性、舒適性、駕駛性能的要求都越來越高。汽車的NVH（Noise，Vibration，Harshness）性能是衡量整車舒適性的重要指標，汽車售后投訴的許多質量問題都與NVH 有關。異響性能作為NVH 的重要組成部分，是影響整車舒適性的關鍵因素，是用戶NVH 抱怨中占比最大的問題。根據J.D.Power中國新車質量研究IQS 2018 年數據，汽車行業雜音/異響類抱怨平均占總體抱怨的21.6%，在所有抱怨中占首位。

汽車懸架異響成因較為復雜，但大多數為控制臂襯套[1]或減振器[2]所引起。而重載車減振器上懸置（Top Mount）的相關信息則較為少見。

本文通過對某重載車的后部異響進行原因排查，最終將異響原因鎖定為一定里程后上懸置失去緩沖性能，導致其內芯與外殼撞擊產生異響。通過對上懸置進行結構優化、臺架試驗驗證、道路試驗驗證，該異響問題得到了解決，進而從設計層面徹底規避了上懸置異響。

1 異響問題確認

1.1 問題確認

異響問題確認是解決任何異響問題的第一步，首先需全面了解異響問題的信息，包括車輛信息、異響發生的大致位置、車速、路面、溫度等工況信息。本重載車的試驗確認過程：常溫下對車輛進行異響主觀評價，發現車輛在顛簸路面（如鵝卵石路、比利時路等）以10～20 km/h 行駛或在粗糙水泥路面中高速行駛時，后方包裹架處傳來“咔嗒”的類金屬異響，異響明顯且雜亂，極易引起客戶抱怨。經與試驗駕駛員確認，該車行駛里程已達11 000 km，行駛過的路面包括試驗場壞路、山區道路、市區路面等；行駛里程在1 300 km 左右時開始出現異響，而新車行駛時并無明顯異響。

2 異響源排查

隨著汽車技術的發展，汽車異響的排查手段越來越多。汽車廠商為了穩定復現異響，一般采用整車四立柱道路模擬機[3]，通過對車輛軸頭振動信號采集、道路模擬機迭代，可將發生異響的工況在道路模擬機上復現，借用電子聽診器、底盤聽診器等設備，能大幅縮短異響源的排查時間，尤其是底盤異響。道路模擬機為異響源排查提供了很大的便利和幫助。但該型重載車整備質量（約6 000 kg）超過了道路模擬機最大承載質量（一般為3 500 kg），這為該異響問題排查帶來較大困難，只能采用道路試驗方法排查異響源。

首先對車輛后部可能存在異響的零部件及總成進行排查，通過拆除、重新裝配、互換總成等，在相同工況下進行異響評價，可排除周邊部件的因素，如包裹架、C 柱護板等，結果見表1，基本鎖定異響發生在后懸架總成上。

表1 異響源初步排查結果Tab.1 Preliminary results of abnormal noise source

2.1 真因查找

在進行下一步試驗排查之前，對底盤進行全面的力矩校驗，確保所有力矩都在設計值范圍內。在相同工況下進行異響評價，異響未消除。

在上述評價過程中，可感知異響與路面激勵頻率相關性較高，并且異響位置靠近車輛上部，為縮小異響源范圍，換裝后滑柱總成，在相同工況下進行評價，可感知異響有一定改善，因此推斷異響源為后滑柱總成。

2.1.1 減振器分析

減振器總成為后滑柱總成的重要部件，且減振器異響因其內部氣、液、固特性的急劇變化較為復雜[4]。根據減振器工作原理，設定以下試驗工況進行排查：換裝3 種方案的減振器，其余零件總成保持原車樣件不變，在相同工況下進行異響評價。具體方案信息及評價結果見表2。

表2 不同減振器方案異響評價結果Tab.2 Evaluation results of abnormal noise with different shock absorbers

通過以上對比試驗，可直接排除減振器異響的可能性。對表2 各方案的主觀評分標準參見表3。

表3 異響主觀評分標準Tab.3 Subjective evaluation criteria of abnormal noise

2.1.2 上懸置分析

在原車上懸置分析過程中，發現原車上懸置內部橡膠有撞裂的現象，剖開后內管結構和形狀如圖1 所示，因此判斷異響為上懸置內芯與外殼的撞擊引起。為確定真因，設計如下排查試驗：其余樣件均保持原車樣件不變，在相同工況下換裝上懸置進行異響評價，評價結果見表4。

圖1 原車問題件Fig.1 Original damaged top mount

表4 換裝上懸置異響評價結果Tab.4 Evaluation results based on different top mount schemes

評價發現，僅換裝全新上懸置與前文所述換裝全新后滑柱總成異響水平相當，由此可基本鎖定異響源為后上懸置總成，結合異響發生時車輛里程及問題件狀態，推斷車輛耐久行駛后，上懸置內芯橡膠被撞裂，導致內芯與上懸置外殼碰撞時沒有足夠的軟質材料緩沖，從而產生“咔嗒”異響。

3 解決措施

首先對后滑柱總成斷面（如圖2 所示）進行機理分析[5]。在整車懸架跳動過程中，減振器的阻尼力通過減振器活塞桿傳遞到上懸置內芯，通過硫化在內芯上的橡膠緩沖，最終將路面作用力通過上懸置外殼傳遞至車身處。車輛經過耐久行駛后，內部橡膠限位因承受載荷較大被撞裂，導致上懸置內芯與外殼直接撞擊，在無橡膠緩沖的情況下，發出與路面頻次相關性較高的金屬撞擊 “咔嗒”異響。

圖2 后滑柱總成示意圖Fig.2 Rear strut assembly

解決該異響問題，必需對硫化橡膠進行加強，包括對橡膠采取剛度加強[4]、厚度加強等措施，減小、緩和橡膠限位與外殼的沖擊力，具體措施見圖3 和表5。

圖3 優化后上懸置及其內管示意圖Fig.3 Optimized top mount and its inner tubes

表5 上懸置優化方案Tab.5 Optimization of top mount

將新方案上懸置全新樣件裝車后進行異響評價，異響消除，評分8.0 以上，但因為該問題有可能在車輛耐久試驗后出現，因此需要進行耐久驗證試驗。

4 方案驗證

4.1 臺架耐久試驗驗證

對搭載原車方案、優化方案上懸置的后滑柱總成進行臺架試驗（如圖4 所示），試驗采用的激勵為發生異響的路面工況（比利時路、繩索路等）所采集的振動信號。通過試驗臺架迭代，模擬出整車狀態下后滑柱的受力及運動過程。分別對不同方案的上懸置進行臺架耐久試驗，在其零里程、當量100 000 km 里程時進行異響評價，評價結果見表6。

圖4 不同方案上懸置后滑柱臺架試驗Fig.4 Bench test of rear strut assembly using different top mounts

表6 不同方案上懸置臺架試驗結果Tab.6 Bench test results using different top mounts

對原車方案、優化方案上懸置耐久前后的Z方向剛度進行測試，以觀察在進行完整的臺架耐久試驗后樣件的剛度變化情況。試驗發現，優化方案的上懸置在耐久前后剛度變化率僅小于3%，而原車方案剛度變化率大于25%，不符合設計要求[6]。試驗結果見圖5、圖6。

圖5 原車方案耐久前后剛度曲線Fig.5 Stiffness of original top mount

圖6 優化方案耐久前后剛度曲線Fig.6 Stiffness of optimized top mount

4.2 整車道路耐久試驗驗證

4.2.1 臺架耐久后樣件裝車驗證

將完成臺架耐久試驗后的優化方案上懸置裝車后進行評價，相同路面工況下評價無異響，主觀評價7.5 分。

4.2.2 全新樣件道路耐久驗證

將優化方案上懸置全新樣件裝車，進行車輛道路綜合耐久試驗。在初始零里程、性能道路當量100 000 km 時分別進行異響主觀評價，并采集后上懸置處振動信號的客觀數據，與原車問題件進行對比，結果見表7、圖7。

表7 不同方案上懸置整車道路試驗結果Tab.7 Road test results using different top mounts

圖7 優化前后上懸置處振動信號對比Fig.7 Top mount vibration levels before and after optimization

如前文所述，優化方案上懸置在臺架耐久試驗前、試驗后裝車以及整車道路耐久試驗后進行異響評價，異響均得到解決。且優化方案的剛度、實車振動信號采集，均比原車方案有很大的改善。經多方面驗證，優化方案有效，可解決該異響問題。

5 結語

重載車輛整備質量較大，減振器傳向車身的力較普通乘用車大，因此上懸置的設計需充分考慮主簧剛度、內部限位橡膠厚度，避免內芯與外殼撞擊的可能，在結構上進行合理優化，在保證操控穩定性、耐久性能的同時保證優異的NVH 性能。