汽車底盤低動靜比襯套設計策略探究

摘 要：路面振動經汽車底盤傳遞至車內，車身結構在一定程度上存在放大作用，易產生車內噪聲、振動等問題，如不能合理控制，易被客戶感知、抱怨；襯套動剛度作為降低振動傳遞率關鍵措施，文章通過對橡膠配方、襯套結構及型式進行分析、探討，總結了襯套低動剛度常用設計策略，為車輛NVH問題解決提供參考。

關鍵詞：襯套動剛度 振動傳遞率 NVH 路面振動

1 引言

車輛在行駛過程中，路面沖擊、振動經車輛底盤傳遞至駕駛室，易引起客戶抱怨，甚至導致車輛零部件壽命降低，發生開裂等安全問題；為改善此問題，橡膠產品在汽車底盤設計中得到廣泛應用，主要應用在沖擊、振動的傳遞路徑上，可有效降低其傳遞率，改善產品設計壽命，提升車輛設計品質；橡膠件剛度分為靜剛度、動剛度2類，兩者存在耦合性，動剛度越低，沖擊和振動的改善效果越明顯，但會使其靜剛度過低，導致產品壽命無法滿足使用要求，如何實現低動剛度設計，直接關乎車輛設計品質。

橡膠襯套力學特性

橡膠襯套屬于超彈性物質，在壓縮和回彈過程中應力和應變并不是一一對應的關系，而是存在應變滯后于應力。本文采用復剛度分析方法介紹橡膠襯套的力學模型，見圖1。

假設對橡膠襯套施加一個周期性簡諧激勵，設，

式中橡膠襯套位移幅值，橡膠襯套載荷幅值，位移與載荷間滯后角。

橡膠襯套復剛度為：

其中為橡膠襯套復剛度；為橡膠襯套儲存剛度；為橡膠襯套損耗剛度，由式（2）知：

其中為橡膠襯套動剛度，為橡膠襯套靜剛度，由決定，為動靜比；由此可見襯套的動、靜剛度同屬橡膠特性參數，存在耦合性；依據振動傳遞的幅頻特性，低的動剛度可降低振動傳遞率，有利于車輛振動控制，設計時需重點考慮。

汽車底盤襯套特性中的靜剛度、動剛度均為關鍵特性，前者與車輛操控、產品壽命相關，后者與路面振動、沖擊的衰減有關；襯套靜剛度在設計初期，由車輛KC性能分解獲得，而后基于車輛性能調校進行修正，是保證車輛操控性能的關鍵因素，一般優先設定，從優先級維度降低其與動剛度的耦合性；襯套動剛度由車輛NVH性能分解獲得，越低對NVH越有利，橡膠襯套多在受迫振動傳遞路徑的節點處布置，低動剛度軸套可有效降低振動的傳遞率；本文通過對橡膠材料、襯套結構等維度，對襯套低動剛度設計策略進行探究，為大家提供參考。

2 橡膠配方的低動剛度策略

2.1 橡膠定伸強度匹配

通過試驗研究，橡膠材料的動靜比與材料拉伸強度（或者200% 定伸強度）存在一定關系，可通過調節橡膠材料品種、硫化體系、填充體系進行匹配，實現低動剛度設計策略。

目前許多橡膠材料在相同硬度下，扯斷伸長率均可滿足不小于400%要求，但不同配方膠料在200%定伸強度差異較大，隨著200%定伸強度的增加，橡膠的動靜比會降低。詳見表1：

2.2 橡膠填充劑匹配

橡膠配方中的填充劑，是除橡膠本身外影響膠料動靜比另一重要因素，特別是炭黑，作為橡膠的常用填充劑，粒徑越小，填充量越大，則膠料硫化后的動剛度越大，（膠料的硬度不變）；采用粒徑大的炭黑作為填充劑，對膠料的低動靜比最有利，但因其補強效果差，多采用中等粒徑。驗證效果見表2：

發動機懸置，副車架襯套等產品應用較多，在某SUV車型對后排路噪控制時，副車架襯套、控制臂襯套通過材質優化降低產品動剛度，見表3，驗證效果較好。

副車架襯套采用低動剛度方案，見表3，車輛后排路噪在50-60Hz、80-100Hz、120Hz等峰值區域降低明顯，約6-8dB，改善效果明顯。

控制臂襯套采用低動剛度方案，見表3，車輛后排路噪在70-90Hz峰值區域有所降低，約3-4dB，稍有改善；控制臂襯套所在噪聲傳遞路徑敏感度低于副車架襯套的，故控制臂襯套低動剛度襯套應用效果并不明顯。

3 襯套結構的低動剛度策略

對同一材質，相同結構的橡膠，在硬度、剪切模量、動剛度的三者關系分析，見式（8）可得橡膠硬度與靜剛度為近似正比例關系；

其中，與為近似正比例關系，見圖5。

將式（6）代入（7）得

橡膠邵爾A硬度，橡膠剪切模量，橡膠形狀系數，橡膠尺寸系數；

類似應用在德系某高端車型已應用，車型后副車架襯套硬度采用45（A），通過低硬度策略實現低動剛度設計，見圖6、圖7；常見襯套類產品橡膠硬度范圍50-70（A）。

4 其它低動剛度策略

聚氨酯作為一種新型合成高分子材料，對硬度的調節依靠調整分子鏈中軟、硬段的比例實現，與橡膠材質應用的填充劑（常用為炭黑）不同，因此動剛度的變化受到硬度的限制較小，在靜剛度相同時，聚氨酯襯套的動剛度較低；某轎車應用聚氨酯襯套，動剛度較橡膠的降低最大約20%，效果明顯，見圖8；此類型多應用于減振器與車輛連接結構處。

5 結束語

襯套動剛度的設定與車輛振動、沖擊的傳遞率的控制有重要影響，常用于解決發動機激勵、路面激勵帶來的NVH問題；襯套動剛度的大小與橡膠配方、橡膠結構、襯套型式強相關；本文通過多維度探討，襯套低動剛度設計策略，希望對襯套匹配設計質量提升有所幫助。

車輛振動的控制，也可利用液壓襯套的高阻尼特性，雙膠料襯套的阻尼匹配特點進行對策，實際應用可聯合低動剛度、高阻尼等襯套特性解決車輛振動問題。

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