某車型前減振器異響分析與優(yōu)化

許陽釗，何家興，李奕寶，劉勇奎，羅謝盼

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

車輛經(jīng)過石塊路等顛簸路面時，往往會受到路面的沖擊和振動，為了緩沖路面?zhèn)鬟f過來的沖擊和振動，一般都在車輛上設置有彈性元件[1]。減振器起著衰減振動的作用，其性能好壞直接影響著整車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性[2]。汽車售后市場中，漏油和異響是減振器最主要的兩大質(zhì)量問題，市場投訴率很高，而減振器異響問題更容易引起顧客的不滿和抱怨，因此也成為各主機廠在整車開發(fā)過程中的重點關注對象。減振器異響在國內(nèi)外減振器中均普遍存在[3]，異響原因眾多且十分復雜，針對不同原因的解決思路也各不相同。

本文作者以某車型的前減振器異響問題為研究對象，針對該車型的前減振器在經(jīng)過雙凸包限速路障的工況下出現(xiàn)的沖擊異響問題，通過原因分析、結(jié)構優(yōu)化設計和改善樣件試驗驗證等步驟，最終解決了該減振器異響問題。

1 問題描述

雙凸包限速路障示意圖如圖1所示。

圖1 雙凸包限速路障示意圖

如圖1所示，雙凸包限速路障由兩個凸包組成，第一個凸包高度為80 mm，第二個凸包高度為100 mm，兩個凸包之間的距離為10 m。某車型以20 km/h速度經(jīng)過圖1所示的雙凸包限速路障時，當車輛前輪通過凸包之后輪胎落地時，車內(nèi)能聽到前懸架傳遞過來的明顯的“beng beng”沖擊聲，聲品質(zhì)較差，容易引起顧客抱怨；而車速過高或過低，車輛通過雙凸包限速路障時，雖然也有沖擊聲，但基本可以接受。

2 原因分析

首先，通過對前懸下擺臂、前橫向穩(wěn)定桿、前穩(wěn)定桿拉桿、前減振器總成等零件逐個進行換件，更換的零件保證自身尺寸和性能檢測合格，并以相同車速通過同樣路況進行試驗排查，發(fā)現(xiàn)沖擊異響依然存在。然后，制作一組大阻尼力的前減振器總成樣件并裝車試驗，沖擊異響得以改善，但效果不理想，可以判斷異響源來自減振器。將產(chǎn)生異響的減振器總成在臺架上進行耐久試驗、高低溫試驗等多項基本性能測試，該類異響均未出現(xiàn)。

為了確定異響根本原因，利用儀器對異響源進行客觀數(shù)據(jù)采集，通過在減振器活塞桿頂端布置加速度傳感器，測量活塞桿軸向振動加速度，在減振器安裝到車身的塔座上布置加速度傳感器，測量車身塔座的振動加速度，并通過頻譜分析儀采集車身塔座的振動頻譜。儀器布置準備完畢后，在同樣工況下進行試驗評價并采集數(shù)據(jù)，對其進行分析，發(fā)現(xiàn)在300～500 Hz頻段內(nèi)存在較大“beng beng”噪聲，如圖2所示，通過信號處理軟件過濾掉該頻段，“beng beng”噪聲消失。同時，發(fā)現(xiàn)活塞桿頂端存在不正常振動，如圖3所示，活塞桿頂端的振動加速度為85.4g，車身塔座的振動加速度為16.7g，活塞桿頂端的振動遠遠大于車身塔座的振動。

由此可見，該車型的異響是由于車輛經(jīng)過該工況時，路面產(chǎn)生的沖擊能力巨大，減振器阻尼無法有效衰減，過凸包后車輪下跳極限時引起活塞桿不正常振動，該振動經(jīng)減振器上支撐傳遞至車身，當該振動與簧上質(zhì)量固有頻率相同或接近時，引起車身共振，該振動傳遞到車內(nèi)即產(chǎn)生前文所述的“beng beng”共振異響。

3 結(jié)構優(yōu)化設計

一般來說，減振器產(chǎn)生共振異響的解決對策主要有兩種：一是切斷振動傳遞路徑，二是抑制共振源[4]。由于切斷振動傳遞路徑的解決方法并不能從根本上解決異響問題，文中主要采用抑制共振源的思路來解決車輛過雙凸包工況的異響問題，并制定了3種減振器結(jié)構優(yōu)化方案。

優(yōu)化方案一：將減振器內(nèi)部現(xiàn)有的普通限位塊更換為液壓緩沖機構，如圖4所示?？稍跍p振器拉伸極限時刻提供一個大阻尼，以衰減沖擊加速度，降低沖擊能量。該方案可以調(diào)節(jié)拉伸極限時刻的阻尼力，而且緩沖行程也可調(diào)，如圖5所示。

圖4 液壓緩沖機構

圖5 裝有液壓緩沖機構的減振器示功圖

優(yōu)化方案二：將減振器內(nèi)部現(xiàn)有的普通限位塊更換為具有液壓緩沖功能的限位塊，即液壓緩沖塊，如圖6所示。其原理與優(yōu)化方案一類似，但限位時刻阻尼力大小及緩沖行程由結(jié)構限定不能調(diào)節(jié)，示功圖如圖7所示。

優(yōu)化方案三：在優(yōu)化方案二的基礎上同時加大復原阻尼力和壓縮阻尼力，示功圖如圖8所示。

圖6 液壓緩沖塊

圖7 裝有液壓緩沖塊的減振器示功圖

圖8 裝有液壓緩沖塊的減振器(加大阻尼力)示功圖

4 試驗驗證

將3種優(yōu)化方案的減振器總成分別裝車，同樣以20 km/h速度經(jīng)過雙凸包限速路障，并采集活塞桿頂端和車身塔座的振動加速度，對其進行對比分析。可得：

優(yōu)化方案一：主觀評價感覺車輛過凸包的沖擊減小很明顯，過凸包聲音比較沉悶，聲品質(zhì)較佳，乘坐舒適感明顯提升。客觀測量的結(jié)果也印證了這一點：活塞桿頂端的振動加速度由原來的85.4g降低為22g，車身塔座的振動加速度由原來的16.7g降低為3g。

優(yōu)化方案二：主觀評價感覺車輛過凸包的沖擊感有所減小，沖擊聲音可以接受?？陀^測量活塞桿頂端的振動加速度由原來的85.4g降低為63g，車身塔座的振動加速度由原來的16.7g降低為15g。

優(yōu)化方案三：主觀評價感覺車輛過凸包的沖擊感也減小很多，過凸包的聲音比方案一稍大但比方案二較好，乘坐舒適性比較好。客觀測量數(shù)據(jù)與主觀評價結(jié)果一致：活塞桿頂端的振動加速度由原來的85.4g降低為31g，車身塔座的振動加速度由原來的16.7g降低為7g。

以上3個優(yōu)化方案，通過主觀評價確定了優(yōu)化后的減振器總成裝車后，經(jīng)過雙凸包限速路障工況的沖擊異響都有不同程度的改善，聲品質(zhì)都得到提升，乘坐舒適性也有提升。但是，優(yōu)化方案一增加成本較多，優(yōu)化方案三由于增加阻尼力影響了整車在其他工況下的舒適性，相比較之下，優(yōu)化方案二增加成本較少而且異響改善效果可以接受，同時也沒有影響整車在其他工況下的舒適性。本著工程問題節(jié)約成本意識，文中最終選擇了優(yōu)化方案二。最后，將優(yōu)化方案二的減振器裝配到整車進行綜合耐久和高強度耐久等各種耐久路試驗證，確認了優(yōu)化后的減振器的耐久性能也是滿足設計要求的。

5 結(jié)論

針對該車型的前減振器在經(jīng)過雙凸包限速路障的工況下出現(xiàn)的沖擊異響問題，通過主觀評價和客觀數(shù)據(jù)測量，確定了減振器異響原因，提出了3種減振器優(yōu)化方案，并將優(yōu)化方案的減振器裝車進行相同工況下的試驗評價和數(shù)據(jù)測量，異響問題得以解決。通過3種優(yōu)化方案的對比分析結(jié)合成本考慮，最后選擇液壓緩沖塊的方案，并通過整車耐久路試驗證了該方案的可靠性。還可得出：

(1)減振器異響原因復雜多樣，通過主觀評價和客觀數(shù)據(jù)測量兩種手段結(jié)合起來，有利于判斷減振器異響根本原因。

(2)通過液壓緩沖機構、液壓緩沖塊等方法增加下跳極限時的阻尼力，可衰減沖擊加速度，降低沖擊能量，提升乘坐舒適性。

(3)解決工程問題要有成本意識，在解決問題的同時盡量節(jié)約成本，文中最終選擇液壓緩沖塊的方案即在解決異響的前提下達到成本最優(yōu)。