某車型上支座異響問題分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化

席思文

(吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江寧波 315336)

0 引言

隨著現(xiàn)代汽車的普及，人們對汽車的舒適性要求也越來越高。為了改善汽車的乘坐舒適性，減振器總成是一個重要的零件，減振器總成最主要的失效模式之一是異響。整車項(xiàng)目研發(fā)階段，隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，異響的提前識別方法越來越多，其中整車高低溫四立柱試驗(yàn)就是其中的一種。

汽車的懸架系統(tǒng)中減振器是核心部件，減振器上端設(shè)有能連接在車身上的上支座[1]。以某車型在整車四立柱試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一個異響問題為研究對象，通過原因分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、改善件驗(yàn)證等最終解決了該問題。

1 問題描述

某車型在低溫環(huán)境下，進(jìn)行整車四立柱臺架異響測試試驗(yàn)，在模擬5～10 km/h過扭曲路的工況時，前懸架發(fā)出“?！钡漠愴懧?，發(fā)出異響的位置如圖1所示。

整車四立柱臺架異響試驗(yàn)需要在帶有高低溫環(huán)境倉的整車半消聲室內(nèi)進(jìn)行，將整車的4個車輪放置在輪盤上，4個輪盤下面分別有單獨(dú)的驅(qū)動器，可以根據(jù)所采集的路譜進(jìn)行迭代后轉(zhuǎn)換的輸入信號進(jìn)行驅(qū)動，驅(qū)動文件需要選擇軸頭z向，整車四立柱臺架示意圖如圖2所示。

圖1 異響位置示意

圖2 整車四立柱臺架示意

整車四立柱臺架也可以用于整車疲勞耐久可靠性試驗(yàn)研究[2]。

2 原因分析

通過對懸架系統(tǒng)零部件進(jìn)行排查，確定異響來自前滑柱總成上部附近。前滑柱總成上部結(jié)構(gòu)如圖3所示，上端通過上支座螺栓與車身連接，主要包括墊片、上支座、緩沖塊、下扣杯、防塵罩和減振器活塞桿等零件。某車企統(tǒng)計(jì)過支柱類的異響模式，包括上支座、緩沖塊和防塵罩的異響等[3]。

圖3 前滑柱總成上部結(jié)構(gòu)

根據(jù)整車四立柱臺架的試驗(yàn)條件，用減振器MTS性能試驗(yàn)機(jī)(見圖4)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)條件：環(huán)境溫度為-30 ℃，減振器行程為±30 mm，減振器速度為0.3 m/s。

圖4 減振器MTS性能試驗(yàn)機(jī)

通過以上模擬試驗(yàn)復(fù)現(xiàn)了該異響，異響出現(xiàn)在減振器設(shè)計(jì)位置向上壓縮2 mm處，異響出現(xiàn)時減振器活塞桿上部振動明顯，說明異響與活塞桿接觸的零件相關(guān)。有一種通過臺架試驗(yàn)測試活塞桿的加速度，用加速度信號時域峰谷差值法對減振器異響進(jìn)行辨識[4]。

某車型出現(xiàn)過上支座與彈簧盤干涉的問題[5]，經(jīng)排查分析不存在同類問題。運(yùn)用魚骨圖分析法，將導(dǎo)致該問題可能的相關(guān)的因素列出，如圖5所示。魚骨圖分析法是一個比較實(shí)用的查找問題根本原因的分析方法，將所有可能的影響因素列出，逐條進(jìn)行排查，售后市場也有用該方法進(jìn)行失效原因分析[6]。

圖5 異響問題魚骨圖

根據(jù)圖5可知，導(dǎo)致該異響問題出現(xiàn)的可能零件包括下扣杯、緩沖塊、上支座、墊片和防塵罩等。通過臺架試驗(yàn)進(jìn)行排查，結(jié)果見表1。根據(jù)排查結(jié)果，異響與緩沖塊和防塵罩等無關(guān)，主要的影響因素在上支座上部的橡膠和墊片。

表1 異響問題排查結(jié)果

進(jìn)一步進(jìn)行分析排查，確認(rèn)了異響的原因是墊片與橡膠在使用過程中出現(xiàn)了分離，導(dǎo)致墊片在與橡膠分離的時候出現(xiàn)“叮”的聲音。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前減振器上支座結(jié)構(gòu)由上支座外骨架、橡膠、上支座內(nèi)套管和螺栓組成，外骨架為鈑金，內(nèi)套管為金屬件，螺栓通過滾花壓入外骨架鈑金中。橡膠與上支座內(nèi)套管、上支座外骨架通過硫化成一個整體。

減振器上支座與減振器裝配時，墊片、上支座內(nèi)套管和下扣杯通過減振器活塞桿連接在一起，墊片下表面與上支座內(nèi)套管上表面接觸，墊片對橡膠存在一定的預(yù)壓縮量，在整車運(yùn)動過程中，橡膠會有變形，橡膠的壓縮量會有變化。現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在橡膠變形后與墊片出現(xiàn)分離的情況。

進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化后的上支座如圖6所示，在橡膠本體上增加16個高度為1 mm的橡膠小凸臺，截面形狀為長方形，此橡膠小凸臺與橡膠本體為一起硫化而成，是一個整體。此橡膠小凸臺，可以減少與墊片的接觸面積，減小摩擦，并保證空氣流通順暢，有效避免減振器上支座相關(guān)的異響和噪聲。

上支座橡膠增加小凸臺的目的是為了使墊片與橡膠始終接觸，不會出現(xiàn)分離的情況，從而避免出現(xiàn)此類異響問題。

圖6 優(yōu)化后的上支座

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

減振器上支座是底盤懸架系統(tǒng)的一個重要零部件，用于實(shí)現(xiàn)減振器上端與車身可靠連接，傳遞彈簧、緩沖塊和減振器的負(fù)荷沖擊，隔離路面經(jīng)由減振器和彈簧的各種振動，同時對車身控制起作用。

減振器上支座也是一個容易出現(xiàn)異響和噪聲的零件。因此，需要設(shè)計(jì)優(yōu)化方案既可以解決異響問題，又同時可以將上支座的靜態(tài)性能變化控制到最小，對整車操穩(wěn)性能和NVH性能影響最小。

基于增加橡膠小凸臺結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，將優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行單件測試和裝配新的減振器進(jìn)行總成測試。

4.1 上支座剛度測試

現(xiàn)有減振器上支座主要采用橡膠與金屬直接硫化而成，其中起主要減振降噪作用的是橡膠部分，橡膠的靜剛度是一個很重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。為了提前評估更改方案對剛度的影響，可以通過CAE仿真進(jìn)行剛度分析[7]。增加小凸臺前后的剛度測試結(jié)果如圖7所示，剛度測試結(jié)果很接近。

經(jīng)NVH測試和整車動態(tài)性能評價[8]，結(jié)果證明更改方案對整車NVH和動態(tài)性能無影響。

圖7 上支座剛度測試結(jié)果

4.2 異響試驗(yàn)驗(yàn)證

優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案制作的樣件，先裝配成減振器總成，在圖4所示的減振器性能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行臺架試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證了20個件，均未出現(xiàn)異響。

將優(yōu)化的樣件裝配減振器總成，再裝配到整車上，再用圖2所示的整車四立柱臺架進(jìn)行整車低溫四立柱試驗(yàn)，驗(yàn)證了3臺車，均無異響。

以上試驗(yàn)充分表明，優(yōu)化后的上支座異響消除，效果良好。

5 結(jié)論

通過對減振器上支座異響原因的分析和設(shè)計(jì)改進(jìn)方案的驗(yàn)證，為上支座異響問題排查解決提供依據(jù)，研究結(jié)果表明：

(1)通過整車四立柱試驗(yàn)進(jìn)行異響測試，可以作為整車異響評價的一個參考方法。

(2)魚骨圖分析法是一種有效的查找問題原因的方法，可以作為問題排查和原因分析的參考方法。

(3)上支座異響問題，通過在橡膠本體上增加小凸臺解決，對整車NVH和操穩(wěn)性能無影響，可以作為上支座設(shè)計(jì)的參考結(jié)構(gòu)，對上支座的設(shè)計(jì)具有參考價值。