某純電動汽車減振器低溫異響研究

張端軍，趙曰賀，鹿鵬程，馬超

(221116 江蘇省 徐州市 江蘇建筑職業技術學院 智能制造學院)

0 引言

汽車減振器是汽車底盤的重要部件，其性能直接影響汽車舒適性和操控性。目前，汽車上廣泛采用雙筒式液壓減振器。雙筒式液壓減振器主要由活塞組件、底閥組件、導向器總成、油封、工作缸筒等組成，其中活塞組件和底閥組件是減振器的主要阻尼特性部件，減振器的阻尼力主要取決于這2部分。活塞組件和底閥組件根據不同廠家、不同結構又分為不同種類，但多數都是由支撐片、補償閥片、低速閥片、中速閥片、活塞、底閥以及彈簧等組成。當輪胎相對于車身做往復運動時，活塞組件在減振器的工作缸筒內往復移動，缸筒內充有減振器油液，減振器油液在活塞組件往復運動時便反復地從活塞組件和底閥組件的閥片或者閥孔內流過，此時，減振器油液與內壁的摩擦及液體分子的內摩擦便形成阻尼力。

汽車減振器異響問題一直困擾著汽車底盤開發人員，消費者對于減振器異響的投訴也居高不下。純電動汽車用電驅系統取代傳統的發動機，電驅系統比發動機更加安靜，車輛上本來不太明顯的噪音將會被明顯放大，所以純電動汽車對于車輛異響的控制水平要求更高，這也給減振器開發工作者帶來了更大的挑戰。

1 問題發現與原因分析

本次出現異響的車輛為某公司一款由燃油車改款的純電動汽車，該車輛在黑河冬季試驗場進行低溫試驗時出現減振器異響現象。駕駛該純電動汽車在路況良好的路面上行駛時沒有減振器異響，當以10～30 km/h 的速度行駛在顛簸路面時，后減振器傳來“咚咚”的敲擊聲，減振器異響聲音隨顛簸振動頻率增大而增大。該車的燃油車型減振器也有類似敲擊聲，響度較輕，且在發動機噪音的干擾下并不能很清晰地被感知到，不會引起很大抱怨，而改為純電動汽車后，減振器異響可以清晰被感知，會引起抱怨。該純電動車型在常溫狀態下減振器異響也不明顯，不會引起抱怨。

多位專家學者對減振器異響的成因進行了研究，和題等[1]得出減振器在復原和壓縮行程的換向時刻對活塞的沖擊振動是產生異響的重要因素，并且發現減振器活塞桿組件是該型號減振器異響的主要來源；安成光等[2]發現減振器的氣穴現象是引起減振器噪音的主要因素，活塞常通節流孔對異響影響較大，增加復原常通節流孔有效直徑和充氣壓力能有效降低氣穴異響，同時發現減振器節流孔氣穴現象一般出現在復原行程，這與和題等的結論一致；稅永波等[3]通過仿真方法得出橡膠襯墊剛度、流通閥節流面積、壓縮孔直徑、復原閥初始預緊力、油液黏度對汽車減振器噪音影響較大；舒紅宇等[4]認為空程沖擊是噪聲產生的原因，壓縮和復原行程切換時活塞與油液間空程沖擊將引起減振器異響，減小空程距離可有效降低減振器異響；劉祖斌等[5]從減振器本身和傳遞路徑2 個方面分析了減振器異響的影響因素，通過試驗得出不同減振器方案噪音水平不同；黃俞淇等[6]和戎紅俊等[7]都確定了減振器“活塞+活塞桿+外連接套”組件是減振器產生異響的重要部件；許翔等[8]發現減振器異響是減振器活塞桿振動頻率與異響頻率重合導致共振引起的，通過縮短活塞桿長度降低減振器異響。從上述文獻可知，減振器本身閥系結構和傳遞路徑是異響的主要來源，其中減振器閥系活塞組件比底閥組件更加容易產生異響。

2 評價方法及閥系介紹

2.1 主觀評價

汽車性能評估方法分為主觀評價及客觀測試2種。主觀評價是由專業評估人員通過自身的主觀感受來評估車輛性能的方法，評估人員評估后會給出評估意見及改進建議；客觀測試先是通過安裝在車上的測試設備來測量獲得車輛在各種工況下的性能指標值，然后再通過對性能指標值的分析來判斷車輛性能的一種方法。主觀評價是汽車底盤性能開發與調校過程中的一種常用的重要手段，底盤開發與調校往往涉及多零件多輪次的對比與優化；客觀測試由于費時長且與主觀感受不能很好地直接轉換等原因，不能全程應用到底盤開發與調校過程，因此只在某些關鍵節點需要某些技術參數時才會進行客觀測試。主觀評價相對于客觀測試速度快、效率高，評估結果更接近消費者主觀感受，故底盤調校目前主要以主觀評價為主。由于減振器異響影響因素較多，且需要進行多輪評估驗證，故本次減振器異響評估采用主觀評價的方法進行。

2.2 主觀評價打分標準

本次減振器異響評估主要在黑河低溫試驗場進行，環境溫度-15 ℃左右，為了保證減振器的低溫特性，每組減振器都在室外靜置30 min 以上，在進行主觀評價時保證評價車輛與人員的一致性。在進行評價之前應先進行底盤零部件檢查，確保底盤其他零部件沒有開裂或漏油等情況，消除底盤其他零部件異響帶來的干擾。

由于車速在10～30 km/h時減振器異響最明顯，車速超過30 km/h 異響會減小，故本次評估車速采用20 km/h。

為了能夠準確描述、合理比較不同減振器的異響程度，本次采用10 分制評價標準，從1 到10分依次表示減振器異響可接受的程度，如表1 所示。

表1 主觀評價10 分制打分標準Tab.1 Subjective evaluation 10-point scoring standard

2.3 閥系介紹

車輛配置的減振器為普通彈簧Blow-off 閥系，如圖1 所示，該閥系活塞組件主要由支撐片1、星形彈簧片2、補償片3、活塞4、活塞螺母5、高速節流閥片6、浮動閥體7、復原閥彈簧8、復原閥彈簧螺母9 等組成。

圖1 減振器活塞組件Fig.1 Shock absorber piston assembly

其中活塞、高速節流閥片、復原閥彈簧等為主要調試件。復原閥彈簧螺母擰緊力矩為22 N·m。活塞組件主要決定減振器復原行程的阻尼力，活塞槽節流面積決定低速復原力及開閥點的先后，螺母高度調整墊片與復原閥彈簧決定中速復原力的大小，高速復原力主要由活塞孔的面積決定。

如圖2 所示，底閥組件主要由螺釘1、墊片2、中速閥片3、低速節流閥片4、底閥5、補償片6、錐形彈簧7、底閥螺母8 等組成。其中中速閥片、低速節流閥片、底閥為主要調試件，底閥螺母擰緊力矩3 N·m。壓縮組件主要決定減振器壓縮行程的阻尼力，從低速到高速各速度段阻尼力決定部件依次是節流閥片、中速閥片和底閥孔的面積。

圖2 減振器底閥組件Fig.2 Shock absorber bottom valve assembly

3 異響研究

根據上文分析，減振器本身閥系結構和傳遞路徑是異響的主要來源，基于先易后難的排查原則，先排查傳遞路徑，再對減振器本身閥系結構進行研究。

3.1 異響傳遞路徑研究

異響由減振器內部產生，然后順著活塞桿傳遞到減振器上支撐座，減振器上支撐座再將異響傳遞給車身輪罩，車身輪罩將異響擴大再傳遞到人耳。

為研究傳遞路徑，做了3 個方案：（1）將橡膠上支撐座更換為聚氨酯上支撐座；（2）在支撐座與車身之間加橡膠墊；（3）在輪罩內部貼隔音材料。具體評價結果如表2 所示。

表2 改善傳遞路徑異響主觀評價表Tab.2 Subjective evaluation for improving abnormal noise of transmission path

由評估結果可知，更換聚氨酯上支撐座對異響改善不大，由于沒有不同剛度上支撐座可供評價，所以未對不同剛度上支撐座進行評價。在支撐座與車身之間加裝橡膠墊可以降低異響程度，抖動感覺也有一定改善。在輪罩內部貼隔音材料，可以隔離一部分異響，同時可以改變聲音的清脆度，聲音略微發悶。雖然各個方案都有一定改善，但并不能使異響達到滿意的程度。疊加方案效果最好，但還是能夠聽到異響，不能滿足挑剔消費者的要求。通過試驗可以看出，優化傳遞路徑也是一種異響解決的方法，可以從其他方面進行更進一步的研究。

3.2 更換閥系

某公司開發了多款車型，除了該車型應用的普通彈簧閥系外還應用了其他閥系減振器。通過對比發現，線性閥系減振器低溫異響效果最好，線性閥系中沒有復原閥彈簧及復原浮動閥體、螺母高度調整墊片等組件，結構比較簡單。線性閥系又稱為純閥片閥系，該閥系活塞組件僅由支撐片、補償閥片、低速節流閥片、中速閥片與活塞組成，線性閥系活塞組件結構如圖3 所示

圖3 線性閥系減振器活塞組件Fig.3 Piston assembly of linear valve system damper

將該純電動汽車減振器活塞組件更換為線性閥系活塞組件，底閥組件維持不變，然后將減振器進行組裝，將更換閥系的減振器裝車后進行異響評估，結果如表3 所示。

表3 更換活塞組件異響主觀評價表Tab.3 Subjective evaluation of abnormal noise when replacing piston assembly

更換了線性閥系活塞組件的減振器在車上的異響表現較好，完全達到了可以接受的程度。經過隨機顛簸路面時，只有當加速度很大時才會發出異響，一般顛簸路面情況下異響幾乎消除。由于只是將活塞組件進行簡單更換，并沒有經過專業減振器調校工程師對閥片進行調整與匹配，所以該減振器的舒適性能表現并不好，與車身運動不匹配，沖擊與抖動控制也不好。

通過該試驗可以發現，導致減振器低溫異響的主要部件為減振器活塞組件，底閥組件對低溫異響貢獻較少。

3.3 閥系結構研究

由于導致減振器低溫異響的主要部件為減振器活塞組件，故此對閥系結構的研究主要集中在活塞組件，而活塞組件的主要調試參數為活塞槽節流面積、復原閥彈簧與活塞孔面積，這3 個參數分別決定復原低、中、高速的阻尼力。

原車安裝的減振器低速節流面積為1.6 mm2，另外選取節流面積0.80、1.20、2.04、2.40 mm2進行對比評估，結果見表4。

表4 低速節流面積異響主觀評價表Tab.4 Subjective evaluation of abnormal noise of low-speed throttle area

減小節流面積會使異響變嚴重，隨著節流面積增大異響有所緩和，后續還對更大的節流面積進行了評估，但異響改善結果沒有進一步明顯提升。

原車裝的減振器復原彈簧剛度為29.6 N/mm，另外選取剛度值為20.0、41.6、50.4 N/mm 的復原彈簧進行對比評估，結果見表5。

表5 復原彈簧異響主觀評價表Tab.5 Subjective evaluation of abnormal sound of rebound spring

隨著復原閥彈簧剛度增加，異響出現的頻次降低，稍小的顛簸異響不明顯，大顛簸異響依然存在，且響度基本沒有減弱。復原閥彈簧剛度太大，車身運動不流暢，舒適性不理想。

經過評估，活塞孔的變化對異響影響不大，此處不再詳細列舉。另外對減振器的充氣壓力和復原彈簧螺母擰緊力矩也進行了評估。充氣壓力增大，低溫異響略有改善，但效果不是很大。復原彈簧螺母擰緊力矩增大的效果和更換大剛度的復原彈簧結果類似，可以降低異響出現的頻次但響度相當。

4 結論

本文對汽車減振器低溫異響問題進行了研究，主要從異響傳遞路徑和減振器結構本身進行了一系列的試驗研究，結論如下：

（1）改善傳遞路徑可以降低低溫異響程度，可以從減振器上支撐座、車身輪罩方面進行改善；（2）純閥片閥系的減振器低溫異響很輕微，彈簧Blow-off 閥系低溫異響較差，通過閥系重新匹配可降低異響程度，但是不能完全消除異響；（3）增大低速節流面積可減輕異響程度；增大復原彈簧剛度、增加復原彈簧螺母擰緊力矩可降低異響出現的頻次，但響度相當；充氣壓力增大，低溫異響略有改善，但效果不理想；（4）本次研究結果是基于該款純電動汽車，車輛參數不同可能會有不一樣的趨勢，研究結果供異響排查參考使用。