乘用車雙筒減振器異響問題探究與改進(jìn)

王鵬 安峰 周祥軼 王眾

摘? 要：針對開發(fā)過程中遇到的減振器低溫異響問題，本文通過整車測試和臺架測試識別異響發(fā)生源，定位異響發(fā)生的工況。根據(jù)減振器內(nèi)部閥系的工作原理，聚焦異響發(fā)生的條件，進(jìn)而從優(yōu)化減振器閥系設(shè)置的角度，找到一種有效抑制減振器換向異響的措施。經(jīng)過裝車主觀評價，該問題得到了有效的解決。

關(guān)鍵詞：雙筒減振器；換向異響；主觀評價

中圖分類號：U463.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2023）06-0002-04

Research and Improvement on Abnormal Noise of Double-Tube Shock Absorbers for Passenger Cars

WANG Peng， AN Feng， Zhou Xiang-yi， Wang Zhong

（ FAW-Volkswagen Automobile Co. Ltd.， Changchun 130011，China）

Abstract： For the problem of abnormal noise from the shock absorber during the development process， through the vehicle testing， the shock absorber bench testing， and the structural analysis of the internal valve system， the conditions for the occurrence of abnormal noise and the excitation source of vibration are focused. Based on the adjustment of the shock absorber valve system， an effective measure to suppress the abnormal vibration of the shock absorber （changing direction） was found. After the subjective evaluation on vehicle， the problem has been effectively resolved.

Key Words： Double Cylinder Shock Absorber; Abnormal Noise; Subjective Evaluation

1? ? 前言

底盤減振器異響是近年來用戶抱怨的熱點(diǎn)問題之一，也是減振器行業(yè)的重要技術(shù)研究難點(diǎn)。國內(nèi)外對此問題進(jìn)行了一定的研究，異響按照來源可分為四類：摩擦撞擊異響、共振異響、氣體異響和節(jié)流異響[1-3]。其中摩擦撞擊異響、氣體異響和節(jié)流異響是由減振器本身發(fā)出的，其在減振器臺架測試過程中容易甄別和發(fā)現(xiàn)；共振異響是減振器與車身連接件在特定工作頻率下共振產(chǎn)生的，通常在臺架測試階段較難發(fā)現(xiàn)和判別。其在相對特殊的條件下才較易產(chǎn)生，例如：特定的路面條件下，特定的行駛速度，以及相對低溫的環(huán)境溫度等。針對共振異響有相關(guān)學(xué)者從異響發(fā)生源和傳遞路徑方面對問題進(jìn)行成因分析，并提出相關(guān)控制目標(biāo)和設(shè)計建議[4-6]。

本文以某款車型為研究對象，聚焦異響的發(fā)生條件和激勵源，從減振器內(nèi)部閥系的角度探究抑制異響問題的關(guān)鍵要素及其措施。在研究過程中搭建了減振器測試臺架，制定臺架測試方法，從工程設(shè)計開發(fā)與匹配的角度規(guī)避異響問題。

2? ? 研究技術(shù)路線

2.1? ?研究對象

某車型工程樣車在測試過程中，后排位置上可以聽到后懸架傳來的“撲騰”聲，類似減振器與車身連接松動產(chǎn)生的異響聲。經(jīng)過故障問題樹逐項分析，排除了車內(nèi)固定物、減振器裝配、減振器狀態(tài)等各項因素，見圖1。確認(rèn)問題發(fā)生的環(huán)境：環(huán)境溫度低于-20℃；問題發(fā)生的行駛工況：低速駛過小顛簸路面，特別是凹凸不平的冰凍顛簸路面，見圖2和圖3。經(jīng)對比，在環(huán)境溫度高于0℃時，異響聲消失。

2.2? ?研究方法

以該車型后懸架異響問題為研究對象，通過主觀評價、車內(nèi)噪音測量、故障區(qū)域零件振動加速度測量，確定異響發(fā)生源和發(fā)生異響的頻率范圍。通過減振器臺架測試分析，確定異響發(fā)生的工況。針對問題工況，從閥系匹配的角度制定抑制異響發(fā)生的措施，并開展評價驗證工作。

3? ? 問題分析

3.1? ?整車測試

基于抱怨問題發(fā)生的實際行駛工況，在整車上布置音頻采集設(shè)備和振動加速度傳感器，記錄異響發(fā)生的過程，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析，找到異響所處的頻率范圍，進(jìn)而初步確定異響的發(fā)生源。

圖4是通過音頻采集設(shè)備獲得的車內(nèi)后排乘客左耳側(cè)和右耳側(cè)的噪音數(shù)據(jù)頻域分析結(jié)果，結(jié)合對音頻設(shè)備的回放主觀評價，可以確定發(fā)生異響的頻率范圍是400Hz到600Hz。圖5是通過振動加速度傳感器采集到的后減振器活塞桿上端的Z向振動加速度數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可以看到在400Hz到600Hz范圍內(nèi)，振動加速度存在較高的峰值?；谏鲜龅臏y試結(jié)果，初步判斷此異響的發(fā)生源來自于后減振器。

3.2? ?減振器臺架測試

搭建減振器振動試驗臺，進(jìn)行兩種工況的振動測試，如圖6所示，進(jìn)一步來驗證整車測試過程中得到的判斷。

顛簸路面振動激勵：通過采集車輛在試驗場標(biāo)準(zhǔn)小顛簸路面行駛時的減振器振動數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為減振器振動臺架的輸入路譜信號進(jìn)行臺架測試。

標(biāo)準(zhǔn)正弦波激勵：施加標(biāo)準(zhǔn)正弦波激勵（頻率10Hz，振幅10mm），進(jìn)一步查找減振器異常振動的原因。

圖7是減振器在顛簸路面振動激勵下的振動加速度數(shù)據(jù)（減振器活塞桿上端），在400Hz到600Hz之間，振動加速度幅值有明顯的上升，此現(xiàn)象與在整車上的振動分析結(jié)論相一致。

圖8是減振器在標(biāo)準(zhǔn)正弦波激勵下的振動加速度數(shù)據(jù)，每次減振器由壓縮行程換向至復(fù)原行程，活塞桿處的振動加速度水平均較高；由復(fù)原行程換向至壓縮行程，活塞桿處的振動加速度卻保持在較低的水平。由此可以看出，減振器活塞桿上的異常振動是在由壓縮到復(fù)原的換向過程中發(fā)生的，將此種問題定位為雙筒減振器行程換向異響。

4? ? 解決方案與措施

樣車所使用的減振器是液壓雙筒式減振器，其內(nèi)部閥系統(tǒng)由四個單項閥組成，分別是活塞連桿端的復(fù)原閥、流通閥和底閥端的壓縮閥和補(bǔ)償閥。在由壓縮行程到復(fù)原行程的換向過程中，減振器的補(bǔ)償閥和復(fù)原主閥將同時開啟，如圖9所示。在小顛簸路面下，減振器處于頻繁的小振幅換向工況，如果補(bǔ)償閥的剛度設(shè)置偏小，將會導(dǎo)致補(bǔ)償閥片頻繁開啟，產(chǎn)生不規(guī)律的振動，從而引起減振器活塞桿的異常抖動。

減振器內(nèi)部的液壓油會受到溫度的影響。在低溫情況下，油液粘度會變高，流動性變差，這也將增加換向異響發(fā)生的幾率，加劇異響的程度。當(dāng)車輛行駛一段距離，油液溫度回升后，異響情況會得到改善或消失。

基于上面的分析，對補(bǔ)償閥的剛度進(jìn)行提升（更換剛度更大的彈簧或使用更厚的閥片），來驗證該措施的有效性。圖10是增強(qiáng)補(bǔ)償閥剛度后的減振器臺架測試結(jié)果?？梢钥闯?，更改后的減振器在相同顛簸路面振動激勵下的振動加速度幅值明顯降低（400Hz-600Hz）。由此可以得出如下結(jié)論：增加補(bǔ)償閥剛度可以對減振器的換向振動起到抑制作用。

將改進(jìn)后的減振器裝車進(jìn)行主觀評價，振動異響評價結(jié)果由5分提升到7分，處于可以接受的狀態(tài)，異響得到了有效的抑制，評價結(jié)果如表1所示。

雙筒減振器的復(fù)原阻尼力由復(fù)原閥和補(bǔ)償閥共同產(chǎn)生，增強(qiáng)補(bǔ)償閥剛度將同步增加減振器的復(fù)原阻尼力。單方向增加減振器的復(fù)原阻尼力，將破壞壓縮阻尼力與復(fù)原阻尼力之間的平衡關(guān)系，影響整車的舒適性和操縱穩(wěn)定性，導(dǎo)致顛簸感、路面復(fù)制感等舒適性抱怨。因此，在解決減振器特殊工況下的異響問題時，需要綜合考慮措施方案對其它關(guān)聯(lián)性能的影響。本項目在增強(qiáng)補(bǔ)償閥剛度的同時，對復(fù)原閥進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，增加了復(fù)原閥的節(jié)流閥片面積、降低了的復(fù)原閥閥片組合的剛度，使得減振器總體復(fù)原阻尼力保持與原車匹配標(biāo)定狀態(tài)相近的水平，具體的減振器阻尼力數(shù)據(jù)對比如圖11所示。

綜上，減振器異響問題得到了有效的解決，同時保持整車的舒適性和操控性在可接受的范圍之內(nèi)。

5? ? 結(jié)束語

本文以開發(fā)過程中的實際問題為研究對象，通過整車測試、臺架測試和減振器內(nèi)部閥系結(jié)構(gòu)分析，確定了問題發(fā)生的激勵源和所對應(yīng)的減振器工作工況。從減振器閥系調(diào)整的角度，找到了一種有效抑制減振器換向異響的措施，經(jīng)過裝車主觀評價，該問題得到了有效的解決。

參考文獻(xiàn)：

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專家推薦語

汪振曉

東風(fēng)公司特種裝備事業(yè)部

底盤及傳動專業(yè)? 研究員級高級工程師

論文通過臺架和整車測試識別出減振器異響發(fā)生源，分析了減振器異響發(fā)生的工況和條件，提出了增加減振器補(bǔ)償閥剛度和復(fù)原阻尼力的解決方案。邏輯清晰，實用性強(qiáng)，對相關(guān)系統(tǒng)及車型的開發(fā)具有啟發(fā)和借鑒作用。