某轎車減振器異響分析與優(yōu)化

李奕寶

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州510640)

0 引言

為改善汽車的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性，在懸架中都裝有阻尼元件，以起到衰減振動的作用。目前，在大部分轎車懸架中，基本上都裝有減振器［1］。減振器是轎車中極易發(fā)生失效的元件，減振器失效的主要原因之一就是通過減振器異響表現(xiàn)出來。減振器異響在國、內(nèi)外減振器中均普遍存在［2］，減振器異響原因眾多且十分復(fù)雜，目前，業(yè)界將減振器異響主要歸結(jié)為摩擦異響、氣流異響、液流異響和結(jié)構(gòu)異響4大類［3］。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，減振器異響的解決方法越來越多。

筆者以某轎車后減振器異響問題為研究對象，針對該轎車后減振器在整車路試過程中出現(xiàn)的異響問題，通過原因分析確定、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、改善樣件噪聲試驗和整車路試評價驗證等步驟最終解決該減振器異響問題。

1 問題描述

某轎車在以40 km/h速度經(jīng)過鋪裝石塊路面或其他不平路面時，在后排位置上明顯聽到懸架傳遞上來“噔噔噔噔”較沉悶的類似金屬敲擊的異響，如圖1所示。

2 原因分析

通過對懸架系統(tǒng)所有零部件進(jìn)行排查，確定異響由減振器產(chǎn)生并通過減振器傳遞到車廂內(nèi)部。為了進(jìn)一步分析異響源，結(jié)合該減振器外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析 (如圖2)，該減振器上端由螺紋與車體緊固連接，下端由橡膠襯套與下擺臂柔性連接，中間活動部位由橡膠體和聚氨酯緩沖塊等彈性元件連接，在這些零部件沒有破損的情況下，減振器外部零件是不可能產(chǎn)生類似金屬敲擊的異響的。

結(jié)合上述分析情況及路試工況，對減振器本體阻尼器進(jìn)行高頻振動試驗，以模擬減振器在整車路試過程中的高頻率振動。試驗在MTS減振器試驗機上進(jìn)行，振動頻率約15 Hz(正弦激勵)，試驗行程±5 mm，試驗結(jié)果輸出減振器位移－阻尼力圖形曲線。

從試驗結(jié)果可以看出，阻尼器在復(fù)原行程中位移－阻尼力圖形曲線出現(xiàn)明顯的尖角異常，如圖3所示。根據(jù)減振器的工作原理可以得知，在復(fù)原行程中起主導(dǎo)作用的是活塞處的復(fù)原閥系。高頻振動時減振器復(fù)原阻尼力曲線出現(xiàn)尖角、波動反應(yīng)出減振器復(fù)原閥系可能出現(xiàn)松動、變形等異常［4］。復(fù)原閥系的異常將使減振器產(chǎn)生異響。

針對上述情況，進(jìn)一步分析減振器復(fù)原閥系，以明確造成異響的根本原因。復(fù)原閥系結(jié)構(gòu)如圖4所示。從圖片中可以看出節(jié)流閥片與彈簧座貼合，由調(diào)節(jié)彈簧支撐，節(jié)流閥片中間沒有固定。當(dāng)減振器高頻振動時，活塞做上下往復(fù)運動，由于減振器油液流過閥孔通道時的節(jié)流作用，將在上下油腔中形成壓差而產(chǎn)生減振器阻尼力［5－6］，由于調(diào)節(jié)彈簧剛度比較小且節(jié)流閥片中間沒有固定，節(jié)流閥片瞬間整體被推開而脫離活塞面，當(dāng)油液回流即減振器轉(zhuǎn)換壓縮行程時，節(jié)流閥片回落，撞擊活塞，從而導(dǎo)致異響。分析情況與減振器在整車路試時出現(xiàn)的異響情況完全吻合。

由此，針對該轎車后減振器異響的原因可以得出結(jié)論:減振器復(fù)原閥系出現(xiàn)異常，節(jié)流閥片中間沒有固定，當(dāng)減振器在壞路面路試過程中頻繁振動時，節(jié)流閥片頻繁撞擊活塞，造成異響。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

針對以上減振器的異常分析，結(jié)合減振器的工作原理，對復(fù)原閥系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，如圖5所示，節(jié)流閥片貼合在活塞上面，兩者貼合面積加大，節(jié)流閥片中間被支撐襯管壓緊，節(jié)流閥片整體類似一懸臂梁，具有柔性的彈性功能，當(dāng)油液通過活塞孔時，節(jié)流閥片不再整體移動，而是產(chǎn)生彈性形變。當(dāng)油液回流即減振器轉(zhuǎn)換壓縮行程時，節(jié)流閥片緩慢恢復(fù)原狀，而不是直接與活塞撞擊。這樣極大地消除了節(jié)流閥片與活塞的撞擊異響。

4 試驗驗證

基于減振器復(fù)原閥系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，將優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)裝配新的減振器進(jìn)行試驗驗證。試驗驗證通過以下三個方面進(jìn)行。

4.1 高頻振動試驗

按照上述同樣的試驗方法進(jìn)行高頻振動試驗，對比分析試驗結(jié)果位移－阻尼力曲線是否正常。試驗結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看出在高頻振動時位移－阻尼力曲線圓滑正常，說明優(yōu)化后的復(fù)原閥系結(jié)構(gòu)工作正常。

4.2 噪聲臺架試驗

噪聲臺架試驗在一隔音的試驗室進(jìn)行，試驗工況如圖7所示，行程±50 mm、試驗溫度20℃，測試減振器在中高速下的噪聲大小，評價標(biāo)準(zhǔn)為減振器在速度0.6 m/s時噪聲小于66 dB(A)，試驗結(jié)果通過測量機的減振器噪聲測試軟件系統(tǒng)輸出，試驗結(jié)果如圖8所示。從圖中可以看出，最大噪聲為57.78 dB(A)，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 整車道路試驗

將優(yōu)化后的減振器裝配到整車中進(jìn)行路試主觀評價，試驗車速為40 km/h，試驗路面選擇試驗場的鋪裝石塊路面和城鎮(zhèn)普通壞路面，如圖9、10所示。在兩種路面上經(jīng)過多次主觀評價，原來存在的“噔噔噔噔……”異響消除。

以上，通過三個試驗驗證了復(fù)原閥系優(yōu)化后的減振器異響改善情況，試驗結(jié)果充分表明，優(yōu)化后的減振器異響消除、效果良好。

5 結(jié)束語

筆者針對某車型減振器異響問題通過高頻振動試驗，對試驗結(jié)果位移－阻尼力圖形曲線進(jìn)行分析，確定減振器異響問題原因，將造成異響的減振器復(fù)原閥系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，最后通過試驗手段對優(yōu)化后的減振器進(jìn)行充分驗證，結(jié)果表明異響問題得以改善。

通過文中的敘述，可以總結(jié)出以下經(jīng)驗，為相關(guān)轎車減振器的設(shè)計和異響問題的解決提供依據(jù)。

(1)減振器異響的原因眾多，減振器位移－阻尼力圖形畸變可以引起減振器異響，利用減振器高頻振動試驗可以發(fā)現(xiàn)位移－阻尼力圖形的畸變，畸變越嚴(yán)重，減振器異響越大。

(2)閥系結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理會使位移－阻尼力圖形畸變，從而導(dǎo)致異響。

(3)通過整車道路試驗和臺架試驗可以驗證減振器異響問題。

【1】劉惟信.汽車設(shè)計［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2001，505－506.

【2】曾慶東，梁海林.機動車減振器設(shè)計［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2000，175 －176.

【3】俞大衛(wèi)，羅金良.汽車筒式減振器異響成因分析［J］.兵工學(xué)報:坦克裝甲車與發(fā)動機分冊，2000(1):19－26.

【4】楊基忠，俞大衛(wèi).車輛筒式減振器高頻畸變特性研究［J］.兵工學(xué)報:坦克裝甲車與發(fā)動機分冊，2000(1):12－18.

【5】呂振華，李世民.筒式液阻減振器動態(tài)特性模擬分析技術(shù)的發(fā)展［J］.清華大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2002，42(11):30 －70.

【6】張峻青，金達(dá)鋒，趙六奇，等.雙筒減振器非線性數(shù)學(xué)模型的研究［J］.工程機械，2002(11):16－18.