某微車后懸鋼板彈簧共振分析及優(yōu)化

林振華，黃金迎，伍馬志，何煜

某微車后懸鋼板彈簧共振分析及優(yōu)化

林振華，黃金迎，伍馬志，何煜

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007）

為解決某微車開發(fā)過程中，后懸鋼板彈簧共振拍打異響問題，文章對問題進(jìn)行實車測試、分析，并最終通過更改鋼板彈簧消除該異響問題。該方法為同類產(chǎn)品開發(fā)問題提供重要的解決思路和參考依據(jù)。

鋼板彈簧；共振

引言

鋼板彈簧是汽車懸架中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件，它是由若干片等寬但不等長（厚度可以相等，也可以不等）和不等曲率的的合金彈簧片組合而成的一根近似等剛度的彈性梁。其作用是把車架與車橋用懸掛的形式連接在一起，起到緩沖和減振的作用，縱向布置時還有導(dǎo)向傳力的作用。

采用鋼板彈簧型式懸架的微小型車為保證既有一定的乘坐舒適性又有足夠的承載能力，一般采用兩段剛度的鋼板彈簧，即鋼板彈簧結(jié)構(gòu)上分為主簧和副簧。輕載時只有主簧工作，剛度較小，乘坐舒適性較好；重載時副簧也參與工作，與主簧疊加形成較大的合成剛度，利于承載。

1 背景

某款微車后懸型式為鋼板彈簧非獨立懸架，鋼板彈簧采用4片結(jié)構(gòu)，前3片為主簧，每片等厚；第4片為副簧，中部較厚，兩端逐漸變薄的不等厚結(jié)構(gòu)；如圖1所示。

圖1 鋼板彈簧總成

在該車型開發(fā)過程中收到試驗部門反饋：一臺試驗車在某特定工況下，底盤后部有類似金屬拍打異響。

2 故障排查與確認(rèn)

首先檢查故障車所有底盤零件，未發(fā)現(xiàn)有任何松曠及扭矩衰減情況。

然后按故障反饋的特定工況實車上路復(fù)現(xiàn)異響，并進(jìn)行聽辨，根據(jù)經(jīng)驗初步判斷為鋼板彈簧前端第4片拍打第3片產(chǎn)生異響。

最后對異響車鋼板彈簧前端第3、4片之間加膠墊，再按上述特定工況行駛，異響未復(fù)現(xiàn)；再次去掉膠墊，按工況駕駛，異響復(fù)現(xiàn)；故可確認(rèn)為該異響點。

3 理論分析與測試

（1）模態(tài)分析

UG NX中建立鋼板彈簧單片自由狀態(tài)三維模型，導(dǎo)入Hyper mesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再導(dǎo)入Abaqus進(jìn)行加載，模擬故障反饋的載荷工況，并求出此時第4片前端一階模態(tài)為104.26Hz。

圖2 有限元模型

圖3 模態(tài)結(jié)果

從模態(tài)FRF（如圖4所示）及模態(tài)振型圖（如圖5所示）可以看出板簧存在103Hz模態(tài)，模態(tài)振型主要表現(xiàn)為板簧前部振動較大，與前述故障排查得出的結(jié)論相吻合。

圖4 模態(tài)FRF圖

圖5 模態(tài)陣型圖

（2）實車測試

根據(jù)前述論斷，在實車鋼板彈簧前端第4片及周圍相關(guān)零件安裝傳感器，按故障工況行駛，收集振動數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，可以看出鋼板彈簧第4片前端：勻速工況故障車存在一條很明顯的寬頻帶振動，@103Hz存在明顯共振帶（如圖6所示）；加速工況故障車在某轉(zhuǎn)速附近有一個明顯6階峰值，而且頻率也在100Hz附近（如圖7所示）。

圖6 勻速工況時間 - 頻率圖

圖7 加速工況轉(zhuǎn)速 - 頻率圖

4 優(yōu)化

經(jīng)過分析驗證，以及考慮成本及項目時間計劃，最終決定通過更改鋼板彈簧來解決該異響問題。

根據(jù)固有頻率計算公式可知，通過更改板簧前端第4片剛度K或質(zhì)量m來改變其固有頻率，以避開其共振點。

綜合考慮對車輛性能的影響，經(jīng)過多方案對比，最終確定采用第四片中部加厚1mm的更改方案。

（1）新方案模態(tài)分析

UG NX中建立新方案鋼板彈簧單片自由狀態(tài)三維模型，導(dǎo)入Hyper mesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再導(dǎo)入Abaqus進(jìn)行加載，模擬故障反饋的載荷工況，并求出此時第4片前端一階模態(tài)為92.91Hz。已避開某轉(zhuǎn)速附近100Hz的6階峰值。

（2）新方案實車評估

將新方案零件裝配到異響車輛上，由試驗部門進(jìn)行實車評估。經(jīng)過實車評估，新方案無異響。

3）結(jié)論

鋼板彈簧第四片中部加厚1mm的更改方案可行。

5 總結(jié)

綜上所述，鋼板彈簧結(jié)構(gòu)不合理是引起共振異響的根本原因。在新方案設(shè)計中，通過更改鋼板彈簧厚度可以有效的改善鋼板彈簧模態(tài)，避開共振模態(tài)。因此，通過本文中鋼板彈簧異響問題分析及解決過程可以看出，鋼板彈簧的模態(tài)是解決鋼板彈簧異響的主要考慮方向。

[1] 張家瑞.汽車構(gòu)造（下冊）[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

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A mini car rear suspension leaf spring resonance analysis and optimizing

Lin Zhenhua, Huang Jinying, Wu Mazhi, He Yu

( Technology center of saic-gm-wuling automobile co., LTD, Guangxi Liuzhou 545007 )

In order to solve the rear suspension leaf spring resonance noise during the development of a mini van, a method of testing and analysis was taken in this paper, and finally solving the noise by change the design of leaf spring. This method proposed an important thinking and reference to the similar problem.

Leaf spring; Resonance

U467

A

1671-7988(2019)14-123-02

U467

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1671-7988(2019)14-123-02

林振華，就職于上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心底盤集成科，主要從事汽車底盤懸掛系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.040