汽車減振器低溫異響問題研究

劉祖斌 曹春雨 劉振宏 張坤超

摘要：針對某車型右后減振器異響問題，分別從源和傳遞路徑做了系統(tǒng)的理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了減振器低溫下異常振動(dòng)和輪罩剛度弱是減振器異響根本原因。為了從工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品管控上徹底規(guī)避減振器異響問題，制定減振器單體臺架試驗(yàn)方法和相應(yīng)的控制指標(biāo)，同時(shí)對傳遞路徑的關(guān)鍵影響因素提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議及目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：減振器異響;車身剛度;傳遞路徑分析;控制指標(biāo)

中圖分類號：U463.33+5.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1005-2550（2020）02-0015-06

劉祖斌

畢業(yè)于吉林大學(xué)，碩士學(xué)位，目前就任中國第一汽車集團(tuán)有限公司研發(fā)總院NvH研究所主任，主要研究方向?yàn)檎嚠愴懶阅芸刂萍安僮髀暺焚|(zhì)控制。

1前言

懸架異響，形成原因非常復(fù)雜，國內(nèi)外對此均進(jìn)行了一定的研究，但多數(shù)懸架異響的原因鎖定在減振器上。文獻(xiàn)分別從道路和臺架試驗(yàn)對減振器異響進(jìn)行了研究識別，找到了一些減振器異響的控制指標(biāo)。文獻(xiàn)將減振器噪聲明確為一種類似鴿鳴的低頻“咕咕”聲，認(rèn)為減振器內(nèi)部氣、液、固特性的急劇變化是產(chǎn)生異響-的最根本原因。文獻(xiàn)則著重研究的減振器的結(jié)構(gòu)噪聲傳遞機(jī)理及模型。但是綜合來看目前對后懸架減振器異響的研究依然沒有定論，主要表現(xiàn)在對發(fā)生機(jī)理仍然比較模糊和存在爭議以及應(yīng)用的研究方法和手段尚不成熟兩個(gè)方面。

與以往研究所不同，本文從源和傳遞路徑兩方面系統(tǒng)地進(jìn)行了異響的成因分析，找出了導(dǎo)致異響產(chǎn)生的主要因素，減振器是產(chǎn)生異響的根源，而傳遞路徑中，輪罩剛度弱形成的“擊鼓效應(yīng)”是主要原因。最后，為了從工程設(shè)計(jì)上徹底規(guī)避減振器異響問題，制定減振器單體臺架試驗(yàn)方法和相應(yīng)的控制指標(biāo)，同時(shí)對傳遞路徑的關(guān)鍵影響因素提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議及目標(biāo)。

2異響問題分析

2.1異響問題主觀評價(jià)

對發(fā)生異響問題的車輛，進(jìn)行道路行駛主觀評價(jià)。通過在多種路面行駛，確認(rèn)該乘用車在氣溫低于-10℃，在小顛簸路面以低速10～20km/h行駛時(shí)，車輛右后部懸架處發(fā)出異響，隨著外界溫度的升高，異響明顯減弱至消失。聲音表現(xiàn)為類似敲鼓的“咚咚”聲。

3原因分析

3.1異響信號采集分析

在車輛異響發(fā)生時(shí)，使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集車內(nèi)后排的聲音信號，并用聲音編輯軟件對采集的聲音信號進(jìn)行時(shí)頻分析，得到圖1a，并在音質(zhì)評價(jià)室對聲音頻譜進(jìn)行濾波回放，發(fā)現(xiàn)異響發(fā)生的頻率在300-600Hz頻帶內(nèi)，隨著車輛的行駛，斷斷續(xù)續(xù)的出現(xiàn)。屬于寬頻噪聲。

對圖1a的時(shí)頻信號進(jìn)行聲音回放跟蹤，在車輛經(jīng)過每一個(gè)寬頻脈沖信號的位置時(shí)，均出現(xiàn)咚咚的異響而且這些異響是不連續(xù)的，隨著車輛的行駛，隨機(jī)出現(xiàn)，且在低溫下的明顯，常溫下基本聽不到，見圖1b：

3.2原因查找

2.2.1減振器問題分析

對車輛后部可能存在異響的零部件進(jìn)行排查，通過重新裝配、拆除、互換總成，排除周邊部件，如毛氈、油箱管路、護(hù)板、飾板等部件的可能性。鎖定異響發(fā)生在減振器一上懸置一車身這一路徑上，分析的過程如圖2所示：

異響在低溫（-10℃以下）下較為明顯，從減振器到后排人耳的整個(gè)傳遞路徑見圖3，減振器和上懸置受溫度影響性能差異較大，而車身、后備箱、包裹架等受溫度影響很小。因此，對于激勵(lì)源，著重分析減振器和上懸置。更換新的上懸詈、調(diào)整上懸置剛度等措施，通過道路主觀評價(jià)，對異響基本無改善，因此，上懸置不是導(dǎo)致異響的主要因素。

在低溫和常溫兩種溫度條件下，通過整車道路試驗(yàn)，對減振器活塞桿上端頭的振動(dòng)加速度進(jìn)行測量，測量結(jié)果如圖4所示，從圖中可以看出，在300～600Hz之間，低溫下減振器活塞桿上端頭的振動(dòng)幅值要明顯大于常溫，減振器存在低溫性能劣化的現(xiàn)象。

在低溫下，通過整車道路試驗(yàn)對不同方案的減振器活塞桿上端振動(dòng)加速度進(jìn)行了客觀測量，同時(shí)進(jìn)行主觀評價(jià)?？陀^測量結(jié)果如圖5所示，主觀評價(jià)結(jié)果如表1所示。從結(jié)果可以看出，活塞桿振動(dòng)水平分別是方案A>方案B>方案C，主觀評分結(jié)果是方案A<方案B<方案C，振動(dòng)越大，異響越嚴(yán)重，主觀評分越低，主、客觀評價(jià)一致。

綜上，減振器在低溫下性能劣化是造成該車型后懸架異響的主要原因之一，通過調(diào)試減振器，對異響有一定改善，但不能根除。結(jié)合問題現(xiàn)象，相同減振器，左側(cè)懸架無異響，可以推斷出右側(cè)傳遞路徑上存在問題部件或總成。

2.2.2傳遞路徑問題分析

（1）傳遞路徑NTF分析

對左右減振器安裝座進(jìn)行激勵(lì)，后排乘員人耳處拾取聲音信號，測量從減振器安裝點(diǎn)到后排乘員人耳處的NTF，測量曲線如圖6所示。從圖中可以看出在異響所處頻段內(nèi)右側(cè)減振器安裝點(diǎn)至后排人耳的傳遞率曲線出現(xiàn)多個(gè)峰值，整體也較左側(cè)的傳遞率大。因此，確認(rèn)右側(cè)傳遞路徑上有問題部件或總成，造成了異響的發(fā)生。

（2）異響頻譜分析

從圖3減振器安裝點(diǎn)到后排乘員人耳處的傳遞路徑可以看出，左側(cè)和右側(cè)傳遞到后排乘員人耳的路徑中，后備箱、包裹架、座椅基本相同，而異響只發(fā)生在右側(cè)，說明減振器安裝座處車身聯(lián)接點(diǎn)和附近輪罩的疑點(diǎn)最大，需重點(diǎn)分析。

在低溫和常溫下分別對減振器活塞桿上端頭、減振器安裝座對應(yīng)輪罩鈑金處的振動(dòng)以及聲音進(jìn)行測量，測點(diǎn)如圖7所示：

輪罩上正對減振器支座處振動(dòng)頻譜如圖8所示，由圖可以看出，振動(dòng)加速度在低溫下明顯大于常溫，在多個(gè)頻率點(diǎn)出現(xiàn)峰值，如425Hz和495Hz附近。這是由于低溫下減振器活塞桿振動(dòng)明顯變大，且異常振動(dòng)的頻率范圍（見圖4）覆蓋輪罩局部模態(tài)，導(dǎo)致輪罩振動(dòng)過大，形成“擊鼓效應(yīng)”。

右側(cè)輪罩局部模態(tài)測試結(jié)果如圖9，從曲線可以看出輪罩的局部模態(tài)非常豐富，在425Hz和495Hz附近有多個(gè)局部模態(tài)。

通過左右輪罩結(jié)構(gòu)對比發(fā)現(xiàn)，右側(cè)輪罩整體比左側(cè)大（加油孔位于右側(cè)），且輪罩缺少加筋和支撐結(jié)構(gòu)，在減振器異常振動(dòng)的敲擊下，形成“擊鼓效應(yīng)”導(dǎo)致異響問題的產(chǎn)生。

3.3確定真因

綜上所述，減振器在低溫下性能劣化，振動(dòng)變大是誘發(fā)低溫異響的根源一一源因素;車身上懸置支座聯(lián)接處輪罩剛度弱，且一些模態(tài)頻率與減振器異常振動(dòng)的激勵(lì)頻率相吻合或接近對振動(dòng)和聲音的放大作用（擊鼓效應(yīng)）是產(chǎn)生異響的主要原因——傳遞路徑因素。

4解決措施和驗(yàn)證

4.1改善激振源一優(yōu)化減振器

優(yōu)化減振器主要從改善減振器油液的低溫粘度和改進(jìn)減振器閥系兩個(gè)方面進(jìn)行，共設(shè)計(jì)出5種不同的優(yōu)化方案，在減振器測試臺架（如圖10）上對減振器頂端振動(dòng)進(jìn)行了測量，測試結(jié)果如表2所示，減振器方案1效果最優(yōu)。

4.2改善傳遞路徑一優(yōu)化車身

圖11為單自由度FRF圖，從圖中可以看出，提高系統(tǒng)剛度和質(zhì)量均能降低整體振動(dòng)幅值，而提高系統(tǒng)的阻尼，能有效的控制共振峰值。因此，對于解決前述異響問題，可以從增加輪罩附加質(zhì)量、提高剛度和增加阻尼三個(gè)方面著手。

在減振器車身安裝點(diǎn)輪罩附近焊接加強(qiáng)板，對局部剛度進(jìn)行加強(qiáng)，并在兩層鈑金間附加阻尼材料，方案如圖12所示：

4.3方案驗(yàn)證

選取方案1減振器和加強(qiáng)后的車身進(jìn)行客觀測試和主觀評價(jià)，并與原車數(shù)據(jù)相對比。

4.3.1客觀數(shù)據(jù)對比

加強(qiáng)后的車身安裝方案1減振器，測試得輪罩處振動(dòng)與原車狀態(tài)振動(dòng)對比如圖13所示，對比發(fā)現(xiàn)體現(xiàn)方案的輪罩振動(dòng)在異響頻段明顯降低。

4.3.2主觀評價(jià)對比

在不同車身狀態(tài)下安裝不同的減振器進(jìn)行道路主觀評價(jià)，評價(jià)結(jié)果如表3所示。對比得出車身加強(qiáng)+方案1減振器效果最優(yōu)，異響消除。與客觀測試結(jié)果相吻合，證明方案有效。

5系統(tǒng)管控

為了從工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品管控上系統(tǒng)規(guī)避減振器異響問題，需要從減振器的選型和品控、車身設(shè)計(jì)兩個(gè)層面進(jìn)行工程指標(biāo)控制。

5.1減振器性能管控

通過上述的研究和大量的數(shù)據(jù)積累，通過對臺架上減振器端頭的加速度值進(jìn)行限值能夠較為有效地控制減振器低溫劣化，從而規(guī)避異響問題的發(fā)生。具體管控要求：-20℃，振幅±5mm，掃頻8～13Hz（0.1Hz/s），100～400Hz范圍內(nèi)，端頭加速度三※（出于技術(shù)保密，此值隱藏，下同）。

5.2減振器聯(lián)接點(diǎn)剛度及輪罩結(jié)構(gòu)

對于轎車，減振器聯(lián)接點(diǎn)動(dòng)剛度應(yīng)不低于※N/mm，而輪罩處（特別是加油孔側(cè)）結(jié)構(gòu)應(yīng)采用多筋結(jié)構(gòu)或者在輪罩剛度較弱處增加加強(qiáng)筋，剛度不低于※N/mm。

6結(jié)論

（1）對于減振器異響問題，從減振器本身和傳遞路徑兩個(gè)方面分析和解決問題才是最徹底和系統(tǒng)的方式。

（2）減振器閥系在低溫下容易產(chǎn)生異常振動(dòng)，從而誘發(fā)異響。在產(chǎn)品控制中，應(yīng)對減振器活塞桿上端頭的振動(dòng)量進(jìn)行適當(dāng)約束，制定目標(biāo)限制，減少從減振器到車身上的振動(dòng)傳遞。

（3）減振器與車身聯(lián)接點(diǎn)動(dòng)剛度和附近輪罩剛度弱（特別是加油孔側(cè)）是導(dǎo)致異響發(fā)生另一個(gè)重要因素。因此，汽在進(jìn)行車身設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對車身聯(lián)接點(diǎn)動(dòng)剛度和輪罩剛度制定合理的目標(biāo)值。