某車型前下控制臂前襯套異響問題研究與優(yōu)化

鄧利忠，鐘秤平，黃超勇，黃 剛，楊逸航

某車型前下控制臂前襯套異響問題研究與優(yōu)化

鄧利忠1,2，鐘秤平1,2，黃超勇1,2，黃 剛1,2，楊逸航1,2

（1.江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001；2.江西省汽車噪聲與振動重點實驗室，江西 南昌 330001）

某車型在下車體涉水后，以低速10 km/h～25 km/h連續(xù)經過減速帶，隨著前輪上抬，車輛前懸掛受力拉升時，車內能明顯感知到前部位置出現(xiàn)類似橡膠擠壓的“嘎吱嘎吱”異響，車速越高聲音越明顯，聲音出現(xiàn)后，在顛簸路面上連續(xù)行駛約1 km，該聲音會慢慢變小直至消失。但是當車輛在未涉水情況下以同樣工況經過路面時，聲音沒有出現(xiàn)。通過臨時改制對故障件襯套前套管與橡膠接觸位置增加鐵絲，加大其干涉量，確認該異響為擺臂前襯套翻邊的橡膠涉水后，與襯套內套管摩擦關系發(fā)生變化，產生異常的擠壓滑移導致的。對前懸掛系統(tǒng)結構分析、排查并整改驗證，確認擺臂前襯套內套管及其與翻邊橡膠的干涉量是導致該異響的關鍵因素。將擺臂襯套的結構由原來帶橡膠翻邊結構更改至法蘭平面架構，主觀上對其進行批量評估，均未發(fā)現(xiàn)異響。

前襯套；減速帶；控制臂；襯套異響；車輛前懸掛；優(yōu)化設計

橡膠襯套總成在汽車懸架系統(tǒng)中的應用非常普遍，也是很重要的部件之一，其壓裝到相應部件內起到隔離振動和連接部件的作用，尤其在汽車工業(yè)發(fā)展迅速的今天，人們對整合噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）的要求越來越高，車內靜音水平及其聲音品質成為車內舒適度的重要考量指標，因此，擺臂襯套橡膠部分擠壓產生的異響逐漸被客戶識別并且抱怨。與此同時，隨著中國基礎建設的大力發(fā)展，當前中國的道路條件越來越好，運行車速不斷上升，道路上減速帶越來越多，在雨天底盤涉水后，在低速經過減速帶或者短坡路面時出現(xiàn)的擺臂襯套的異常擠壓的聲音會被更高頻率地觸發(fā)，車內人員會對此聲音更加容易識別，長期以往會對該聲音產生厭惡，從而產生抱怨，進而使汽車的駕駛舒適性急劇下降。

前控制臂總成主要用來傳遞橫向和縱向的載荷，控制車輪與車身的相對運動，其中橡膠襯套總成壓裝到控制臂。控制臂通過襯套與車輛結構件相連接，襯套橡膠和襯套內骨架通過特殊工藝硫化成一體，因此，作為樞紐的襯套在車輛運動中受力情況非常復雜，其主要承受加速及制動過程中的軸向力及徑向力，并需要跟隨懸架運動而產生偏擺力矩及扭轉力矩。

本文以某款前置前驅承載式車型搭載的帶翻邊結構的前擺臂襯套的控制臂作為研究對象，針對該車型在涉水狀態(tài)下經過連續(xù)減速帶時，從連續(xù)經過減速帶時的受力分析，通過臨時方案對擺臂前襯套的前外套管纏繞鐵絲進行隔離后，異響消失。最終通過優(yōu)化擺臂前襯套的結構，使異響問題得到解決，后續(xù)量產過程中未發(fā)現(xiàn)有異響復現(xiàn)。

1 懸掛前控制臂襯套結構與問題特征

1.1 懸掛前控制臂前襯套

襯套在汽車行業(yè)被廣泛使用，尤其在汽車底盤總成連接中發(fā)揮不可或缺的作用，它可為車內人員提供汽彈性襯套廣泛應用于汽車零部件，起到傳力、緩沖、減振等作用。

本文分析的前控制臂結構如圖1所示，控制臂前襯套與副車架通過螺栓向連接，控制臂后襯套與車身向剛性連接，控制臂另一側與減振器支柱球頭螺栓連接。

①－控制臂前襯套；②－控制臂后襯套；③－控制臂；④－控制臂第三接點；⑤－副車架。

圖1 前控制臂布置形式

1.2 問題特征描述

樣車在開發(fā)投產階段駕評發(fā)現(xiàn)，車輛襯套在涉水環(huán)境下，車輛在低速經過減速帶時，車輛前下部出現(xiàn)明顯的“嘎吱”擠壓異響，該異響出現(xiàn)時間較長，需要連續(xù)在顛簸路面上行駛10 min～20 min后，異響會慢慢消失，但是車輛在完全不涉水的條件下，沒有出現(xiàn)該聲音。

利用排查異響源的異響聽診裝置（如圖2所示），對該異響源進行排查，確認擺臂前襯套與副車架連接位置最明顯，結合整車車內聲音品質，聲音與車內識別對應最明顯，由此判斷該問題與擺臂襯套的相關性極高。

圖2 異響聽診器識別裝置

1.3 異響路面描述

該路面的特征為方向偏大，頻率集中在25 Hz以內，峰值頻率為向10 Hz～15 Hz，加速度0.27。車輛連續(xù)經過該路面（如圖3所示）時，整車的徑向和軸向不斷受力，導致整車產生翻滾擠壓。

圖3 實際異響路面

2 問題分析與解決思路

2.1 問題分析

該車后襯套縱向布置，李春明等[1]提到車淋雨后經過減速帶時控制臂外點隨輪心不斷跳動，帶動控制臂前點外管扭轉，從而使前襯套翻邊側橡膠與外套管端部之間產生摩擦擠壓，淋雨后襯套表面摩擦系數(shù)變小，位移量較大，產生擠壓相對滑移從而產生異響。

通過對下車體副車架及其控制臂前襯套（如圖4(a)所示）尺寸配合結構（如圖4(b)所示）及其工作特性分析，因此，判斷該異響問題主要機理為經過減速帶時控制臂外點隨輪心不斷跳動，帶動控制臂前點外管扭轉，從而使前襯套翻邊側橡膠與外套管端部之間產生摩擦擠壓，淋雨后因水與橡膠材料不兼容，襯套表面摩擦系數(shù)變小，位移量較大，產生擠壓滑移產生異響。

圖4 副車架與控制臂前襯套配合圖

2.2 解決思路

通過上述分析，初步鎖定原因后，龐劍等[2]對有異響樣件在翻邊襯套外套管增加一層鐵絲圈（如圖5所示），增加套管與橡膠件的干涉量進行改制，改制后樣件在整車上試車，未能觸發(fā)該異響，初步確認為因襯套翻邊側橡膠與襯套外套管之間存在間隙產生的滑移擠壓異響。故針對該問題需要做以下排查：

（1）零件尺寸問題確認；

（2）相對滑移路徑上優(yōu)化；

（3）機構上設計優(yōu)化。

圖5 異響臨時措施排查

2.3 問題點確認

2.3.1零件尺寸排查

該車的布置方式大致為控制臂前點插入副車架開口內（如圖6(a)所示），如果副車架開口尺寸（如圖6(b)所示）或者非控制臂襯套尺寸配合之間出現(xiàn)間隙，副車架與控制臂前點無法保證有足夠的夾緊力對其進行夾緊固定，容易產生相對滑移擠壓從而產生異響。針對以上對副車架的開口尺寸的排查（如表1所示）和擺臂前襯套的尺寸排查（如表2所示），排查結果均滿足設計要求。由此可排除因尺寸超差引起的襯套與副車架開口側的擠壓異響。

圖6 副車架與控制臂后襯套連接點開口位置及尺寸

表1 副車架安裝點開口尺寸排查點

左側開口/mm右側開口/mm標準開口/mm 57.557.957.4～58.4 57.658.157.4～58.4

表2 控制臂前襯套尺寸排查點

檢測項左側/mm右側/mm標準/mm 內套管孔內徑14.2414.25φ14.2±0.15 襯套總成長56.7656.8157±0.25 外套管長度36.3436.9136±0.5 外徑尺寸39.1139.01φ39.3±0.3 翻邊襯套外徑49.4649.29φ49.2±0.5

2.3.2前控制臂布置結構分析

分析控制臂總成襯套結構如圖7所示。

圖7 控制臂總成布置圖

結合異響出現(xiàn)時路況下前控制臂結構受力情況分析，文獻[3]的異響防控策略中提及當前襯套硬點受軸向載荷時，后襯套可提供軸向限位，導致前襯套軸向位移小。

3 整改驗證

3.1 方案一：擺臂前套管加長

橫向對比類似懸架結構且無故障的車型分析，如表3所示，前襯套套管過盈量是控制此異響較為關鍵參數(shù)，金根明等[4]提到襯套前套管加長增加其配合干涉量是一種較為有效的措施。

表3 控制臂前襯套尺寸對比

襯套有效長度/mm套筒有效長度/mm長度過盈量/雙邊/mm內管長度/mm橡膠法蘭/mm 136.6644.007.3460.003.45 231.3549.0017.5055.223.10 326.6034.507.9042.602.97 437.6048.3010.7064.603.5 532.4040.408.0064.6010.00 636.0040.004.0057.005.20

本次整改方案中，將控制臂前套管長度由 40 mm延長至44 mm，長度過盈量/雙邊增加至7.34 mm，如圖8所示。

圖8 套管長度加長至44 mm方案對比

經過實車驗證，將套管加長至44 mm后，進行了小批量的試裝驗證，在原異響工況下，主觀車內異常噪聲評價時均未出現(xiàn)該異響，且同時進行了臺架試驗，其他性能均未受影響。

3.2 方案二：前襯套加涂油脂

在前控制臂襯套（如圖9(a)所示）表面增加一層MR3-800涂層（如圖9(b)所示）。盛選禹等[5]提及該涂層可以減少水珠在橡膠表面的附著，可極大降低翻邊襯套橡膠和外套管端部之間的摩擦系數(shù)，避免外套管與襯套間的摩擦異響，噴涂油脂后，車內主觀對異響進行評估，異響消失。

圖9 襯套涂油位置及油脂型號

3.3 方案三：襯套橡膠翻邊結構更改至襯套外套管結構

該襯套主要承擔側向力的分解一起擺臂扭轉的作用。金根明等[6]提出在正常行駛過程中該襯套主要負責擺臂扭轉的引導，通過使用襯套外套管結構的襯套可以降低其襯套的扭轉剛度，使其在運動過程中運動行程加大，使其不會受到明顯的擠壓變形，如圖10所示。將方案三進行線上試裝小批量驗證，主觀優(yōu)化效果非常明顯，在淋雨狀態(tài)下均未發(fā)現(xiàn)有異響發(fā)生。

圖10 前襯套內部結構對比

4 各方案對比分析

各方案經過對比分析均會對其他方面帶來變化，進行周期、成本、投資等對比（如表4所示），經過對整個性能及其他方面綜合評估，最終選擇了前襯套帶外套管（圖10(b)）的方案用于解決該車型的異響問題。

表4 各優(yōu)化方案對比分析

前襯套套管加長前襯套加涂油脂前襯套帶外套管結構 成本/元11123 周期/月1 2 重量/g250 80 投資/萬元1無24 屬性不變不變不變 整車裝配工藝套管加長，整車上裝配有影響人工噴涂無法保證一致性無影響

5 結論

前控制臂襯套作為整車下車體較為關鍵的樣件，因橡膠件在開發(fā)過程中需要兼顧耐久性能，耐久驗證時間周期較為漫長，需要在開發(fā)前期密切關注控制臂襯套的結構設計、布置及相關匹配。

本文為了解決前控制臂襯套在涉水狀態(tài)下經過連續(xù)顛簸的路面出現(xiàn)的擠壓異響的問題，通過系統(tǒng)分析及試驗驗證，鎖定襯套前套管與襯套橡膠的干涉量過小為造成此類異響的主要原因。最終通過優(yōu)化設計結構，在結構上去除翻邊結構的襯套，杜絕其與內套管端面產生擠壓最終解決該異響問題。此研究對解決襯套類異響問題具有指導意義，為后續(xù)類似問題提供快速進行驗證的思路及方案。

[1] 李春明.現(xiàn)代汽車底盤技術[M].北京:北京理工大學出版社,2013.

[2] 龐劍,諶剛,何華.車噪聲與振動理論與應用[M].汽車工程手冊?設計篇.北京:人民交通出版社,2001.

[3] TRAPP M,CHEN F.Automotive Buzz,Squeak and Rattle: Mechanisms,Analysis,Evaluation and Prevention[M]. Amsterdam:Elsevier, 2011.

[4] 艾維全,高世杰,王承,等.麥弗遜式前懸架的設計改進及分析[J].上海汽車,2004(8):26-28.

[5] 盛選禹,雒建斌,溫詩鑄.摩阻材料的研制及其靜摩擦因數(shù)變化規(guī)律[J].清華大學學報(自然科學版),1997 (11):3-6.

[6] 金根明,賀曉鋼.縱臂彈性襯套異響原因及改進措施[J].中國新技術新產品,2013(11):193.

Research and Optimization of Sound Problem of Front Bushing of Front and Bottom Control Arm of a Vehicle

DENG Lizhong1,2, ZHONG Chengping1,2, HUANG Chaoyong1,2, HUANG Gang1,2, YANG Yihang1,2

( 1.Jiangling Motors Company Limited, Nanchang 330001, China;2.Key Lab of Vehicle Noise and Vibration of Jiangxi Province, Nanchang 330001, China )

A vehicle continuously passed through speed bumps at a low speed of 10km/h～25km/h after wading in the car body. As the front wheels were lifted, when the front suspension of the vehicle was pulled up by force, a "crunch" sound similar to rubber squeeze can be clearly perceived in the front position. The higher the speed, the more pronounced the sound. After the sound appeared, drive continuously on a bumpy road for about 1km, and the sound would slowly become smaller until it disappeared. However, when the vehicle passed the road in the same condition without wading in water, the sound can not appear.By temporarily modifying the contact position between the bushing and rubber in front of the bushing of the faulty part, the wire was added to increase its interference amount, and it was confirmed that the abnormal sound was caused by the change of friction relationship with the inner casing of the bushing after the rubber wading on the front bushing of the swing arm, resulting in abnormal extrusion slip.The structural analysis, investigation and rectification verification of the front suspension system were carried out to confirm the key factors of abnormal sound caused by the interference between the inner casing of the front swing arm bushing and the flanging rubber.Finally, it was confirmed that the scheme of changing the structure of swing arm bushing from the original structure with flanging rubber to the structure with flange plane was evaluated in batches subjectively, and no abnormal sound was found.

Front bushing; Speed bump; Control arm; Bushing sound;Vehicle front suspension;Optimization design

TP206+.3

A

1671-7988(2022)21-86-05

TP206+.3

A

1671-7988(2022)21-86-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.021.016

鄧利忠（1987—），男，研究方向為整車NVH異響性能正向控制，E-mail:ldeng10@jmc.com.cn。