某型重載車后懸架異響原因分析及對策研究

劉振宏，劉祖斌，孫銀方，張洋，郭素杰，李彬

（130000 吉林省 長春市 中國第一汽車集團有限公司研發(fā)總院NVH 研究所）

0 引言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，消費者對車輛的動力性、舒適性、駕駛性能的要求都越來越高。汽車的NVH（Noise，Vibration，Harshness）性能是衡量整車舒適性的重要指標(biāo)，汽車售后投訴的許多質(zhì)量問題都與NVH 有關(guān)。異響性能作為NVH 的重要組成部分，是影響整車舒適性的關(guān)鍵因素，是用戶NVH 抱怨中占比最大的問題。根據(jù)J.D.Power中國新車質(zhì)量研究IQS 2018 年數(shù)據(jù)，汽車行業(yè)雜音/異響類抱怨平均占總體抱怨的21.6%，在所有抱怨中占首位。

汽車懸架異響成因較為復(fù)雜，但大多數(shù)為控制臂襯套[1]或減振器[2]所引起。而重載車減振器上懸置（Top Mount）的相關(guān)信息則較為少見。

本文通過對某重載車的后部異響進行原因排查，最終將異響原因鎖定為一定里程后上懸置失去緩沖性能，導(dǎo)致其內(nèi)芯與外殼撞擊產(chǎn)生異響。通過對上懸置進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化、臺架試驗驗證、道路試驗驗證，該異響問題得到了解決，進而從設(shè)計層面徹底規(guī)避了上懸置異響。

1 異響問題確認(rèn)

1.1 問題確認(rèn)

異響問題確認(rèn)是解決任何異響問題的第一步，首先需全面了解異響問題的信息，包括車輛信息、異響發(fā)生的大致位置、車速、路面、溫度等工況信息。本重載車的試驗確認(rèn)過程：常溫下對車輛進行異響主觀評價，發(fā)現(xiàn)車輛在顛簸路面（如鵝卵石路、比利時路等）以10～20 km/h 行駛或在粗糙水泥路面中高速行駛時，后方包裹架處傳來“咔嗒”的類金屬異響，異響明顯且雜亂，極易引起客戶抱怨。經(jīng)與試驗駕駛員確認(rèn)，該車行駛里程已達11 000 km，行駛過的路面包括試驗場壞路、山區(qū)道路、市區(qū)路面等；行駛里程在1 300 km 左右時開始出現(xiàn)異響，而新車行駛時并無明顯異響。

2 異響源排查

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車異響的排查手段越來越多。汽車廠商為了穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)異響，一般采用整車四立柱道路模擬機[3]，通過對車輛軸頭振動信號采集、道路模擬機迭代，可將發(fā)生異響的工況在道路模擬機上復(fù)現(xiàn)，借用電子聽診器、底盤聽診器等設(shè)備，能大幅縮短異響源的排查時間，尤其是底盤異響。道路模擬機為異響源排查提供了很大的便利和幫助。但該型重載車整備質(zhì)量（約6 000 kg）超過了道路模擬機最大承載質(zhì)量（一般為3 500 kg），這為該異響問題排查帶來較大困難，只能采用道路試驗方法排查異響源。

首先對車輛后部可能存在異響的零部件及總成進行排查，通過拆除、重新裝配、互換總成等，在相同工況下進行異響評價，可排除周邊部件的因素，如包裹架、C 柱護板等，結(jié)果見表1，基本鎖定異響發(fā)生在后懸架總成上。

表1 異響源初步排查結(jié)果Tab.1 Preliminary results of abnormal noise source

2.1 真因查找

在進行下一步試驗排查之前，對底盤進行全面的力矩校驗，確保所有力矩都在設(shè)計值范圍內(nèi)。在相同工況下進行異響評價，異響未消除。

在上述評價過程中，可感知異響與路面激勵頻率相關(guān)性較高，并且異響位置靠近車輛上部，為縮小異響源范圍，換裝后滑柱總成，在相同工況下進行評價，可感知異響有一定改善，因此推斷異響源為后滑柱總成。

2.1.1 減振器分析

減振器總成為后滑柱總成的重要部件，且減振器異響因其內(nèi)部氣、液、固特性的急劇變化較為復(fù)雜[4]。根據(jù)減振器工作原理，設(shè)定以下試驗工況進行排查：換裝3 種方案的減振器，其余零件總成保持原車樣件不變，在相同工況下進行異響評價。具體方案信息及評價結(jié)果見表2。

表2 不同減振器方案異響評價結(jié)果Tab.2 Evaluation results of abnormal noise with different shock absorbers

通過以上對比試驗，可直接排除減振器異響的可能性。對表2 各方案的主觀評分標(biāo)準(zhǔn)參見表3。

表3 異響主觀評分標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Subjective evaluation criteria of abnormal noise

2.1.2 上懸置分析

在原車上懸置分析過程中，發(fā)現(xiàn)原車上懸置內(nèi)部橡膠有撞裂的現(xiàn)象，剖開后內(nèi)管結(jié)構(gòu)和形狀如圖1 所示，因此判斷異響為上懸置內(nèi)芯與外殼的撞擊引起。為確定真因，設(shè)計如下排查試驗：其余樣件均保持原車樣件不變，在相同工況下?lián)Q裝上懸置進行異響評價，評價結(jié)果見表4。

圖1 原車問題件Fig.1 Original damaged top mount

表4 換裝上懸置異響評價結(jié)果Tab.4 Evaluation results based on different top mount schemes

評價發(fā)現(xiàn)，僅換裝全新上懸置與前文所述換裝全新后滑柱總成異響水平相當(dāng)，由此可基本鎖定異響源為后上懸置總成，結(jié)合異響發(fā)生時車輛里程及問題件狀態(tài)，推斷車輛耐久行駛后，上懸置內(nèi)芯橡膠被撞裂，導(dǎo)致內(nèi)芯與上懸置外殼碰撞時沒有足夠的軟質(zhì)材料緩沖，從而產(chǎn)生“咔嗒”異響。

3 解決措施

首先對后滑柱總成斷面（如圖2 所示）進行機理分析[5]。在整車懸架跳動過程中，減振器的阻尼力通過減振器活塞桿傳遞到上懸置內(nèi)芯，通過硫化在內(nèi)芯上的橡膠緩沖，最終將路面作用力通過上懸置外殼傳遞至車身處。車輛經(jīng)過耐久行駛后，內(nèi)部橡膠限位因承受載荷較大被撞裂，導(dǎo)致上懸置內(nèi)芯與外殼直接撞擊，在無橡膠緩沖的情況下，發(fā)出與路面頻次相關(guān)性較高的金屬撞擊 “咔嗒”異響。

圖2 后滑柱總成示意圖Fig.2 Rear strut assembly

解決該異響問題，必需對硫化橡膠進行加強，包括對橡膠采取剛度加強[4]、厚度加強等措施，減小、緩和橡膠限位與外殼的沖擊力，具體措施見圖3 和表5。

圖3 優(yōu)化后上懸置及其內(nèi)管示意圖Fig.3 Optimized top mount and its inner tubes

表5 上懸置優(yōu)化方案Tab.5 Optimization of top mount

將新方案上懸置全新樣件裝車后進行異響評價，異響消除，評分8.0 以上，但因為該問題有可能在車輛耐久試驗后出現(xiàn)，因此需要進行耐久驗證試驗。

4 方案驗證

4.1 臺架耐久試驗驗證

對搭載原車方案、優(yōu)化方案上懸置的后滑柱總成進行臺架試驗（如圖4 所示），試驗采用的激勵為發(fā)生異響的路面工況（比利時路、繩索路等）所采集的振動信號。通過試驗臺架迭代，模擬出整車狀態(tài)下后滑柱的受力及運動過程。分別對不同方案的上懸置進行臺架耐久試驗，在其零里程、當(dāng)量100 000 km 里程時進行異響評價，評價結(jié)果見表6。

圖4 不同方案上懸置后滑柱臺架試驗Fig.4 Bench test of rear strut assembly using different top mounts

表6 不同方案上懸置臺架試驗結(jié)果Tab.6 Bench test results using different top mounts

對原車方案、優(yōu)化方案上懸置耐久前后的Z方向剛度進行測試，以觀察在進行完整的臺架耐久試驗后樣件的剛度變化情況。試驗發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化方案的上懸置在耐久前后剛度變化率僅小于3%，而原車方案剛度變化率大于25%，不符合設(shè)計要求[6]。試驗結(jié)果見圖5、圖6。

圖5 原車方案耐久前后剛度曲線Fig.5 Stiffness of original top mount

圖6 優(yōu)化方案耐久前后剛度曲線Fig.6 Stiffness of optimized top mount

4.2 整車道路耐久試驗驗證

4.2.1 臺架耐久后樣件裝車驗證

將完成臺架耐久試驗后的優(yōu)化方案上懸置裝車后進行評價，相同路面工況下評價無異響，主觀評價7.5 分。

4.2.2 全新樣件道路耐久驗證

將優(yōu)化方案上懸置全新樣件裝車，進行車輛道路綜合耐久試驗。在初始零里程、性能道路當(dāng)量100 000 km 時分別進行異響主觀評價，并采集后上懸置處振動信號的客觀數(shù)據(jù)，與原車問題件進行對比，結(jié)果見表7、圖7。

表7 不同方案上懸置整車道路試驗結(jié)果Tab.7 Road test results using different top mounts

圖7 優(yōu)化前后上懸置處振動信號對比Fig.7 Top mount vibration levels before and after optimization

如前文所述，優(yōu)化方案上懸置在臺架耐久試驗前、試驗后裝車以及整車道路耐久試驗后進行異響評價，異響均得到解決。且優(yōu)化方案的剛度、實車振動信號采集，均比原車方案有很大的改善。經(jīng)多方面驗證，優(yōu)化方案有效，可解決該異響問題。

5 結(jié)語

重載車輛整備質(zhì)量較大，減振器傳向車身的力較普通乘用車大，因此上懸置的設(shè)計需充分考慮主簧剛度、內(nèi)部限位橡膠厚度，避免內(nèi)芯與外殼撞擊的可能，在結(jié)構(gòu)上進行合理優(yōu)化，在保證操控穩(wěn)定性、耐久性能的同時保證優(yōu)異的NVH 性能。