席思文

(吉利汽車(chē)研究院(寧波)有限公司，浙江寧波 315336)

0 引言

隨著現(xiàn)代汽車(chē)的普及，人們對(duì)汽車(chē)的舒適性要求也越來(lái)越高。為了改善汽車(chē)的乘坐舒適性，減振器總成是一個(gè)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(chē)項(xiàng)目研發(fā)階段，隨著汽車(chē)技術(shù)的不斷發(fā)展，異響的提前識(shí)別方法越來(lái)越多，其中整車(chē)高低溫四立柱試驗(yàn)就是其中的一種。

汽車(chē)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(chē)身上的上支座[1]。以某車(chē)型在整車(chē)四立柱試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)異響問(wèn)題為研究對(duì)象，通過(guò)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(wèn)題。

1 問(wèn)題描述

某車(chē)型在低溫環(huán)境下，進(jìn)行整車(chē)四立柱臺(tái)架異響測(cè)試試驗(yàn)，在模擬5～10 km/h過(guò)扭曲路的工況時(shí)，前懸架發(fā)出“叮”的異響聲，發(fā)出異響的位置如圖1所示。

整車(chē)四立柱臺(tái)架異響試驗(yàn)需要在帶有高低溫環(huán)境倉(cāng)的整車(chē)半消聲室內(nèi)進(jìn)行，將整車(chē)的4個(gè)車(chē)輪放置在輪盤(pán)上，4個(gè)輪盤(pán)下面分別有單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)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(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)文件需要選擇軸頭z向，整車(chē)四立柱臺(tái)架示意圖如圖2所示。

圖1 異響位置示意

圖2 整車(chē)四立柱臺(tái)架示意

整車(chē)四立柱臺(tái)架也可以用于整車(chē)疲勞耐久可靠性試驗(yàn)研究[2]。

2 原因分析

通過(guò)對(duì)懸架系統(tǒng)零部件進(jìn)行排查，確定異響來(lái)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(guò)上支座螺栓與車(chē)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(chē)企統(tǒng)計(jì)過(guò)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(chē)四立柱臺(tái)架的試驗(yàn)條件，用減振器MTS性能試驗(yàn)機(jī)(見(jiàn)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(guò)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(shí)減振器活塞桿上部振動(dòng)明顯，說(shuō)明異響與活塞桿接觸的零件相關(guān)。有一種通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試活塞桿的加速度，用加速度信號(hào)時(shí)域峰谷差值法對(duì)減振器異響進(jìn)行辨識(shí)[4]。

某車(chē)型出現(xiàn)過(guò)上支座與彈簧盤(pán)干涉的問(wèn)題[5]，經(jīng)排查分析不存在同類問(wèn)題。運(yùn)用魚(yú)骨圖分析法，將導(dǎo)致該問(wèn)題可能的相關(guān)的因素列出，如圖5所示。魚(yú)骨圖分析法是一個(gè)比較實(shí)用的查找問(wèn)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(chǎng)也有用該方法進(jìn)行失效原因分析[6]。

圖5 異響問(wèn)題魚(yú)骨圖

根據(jù)圖5可知，導(dǎo)致該異響問(wèn)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(guò)臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行排查，結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)排查結(jié)果，異響與緩沖塊和防塵罩等無(wú)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(wèn)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(guò)程中出現(xiàn)了分離，導(dǎo)致墊片在與橡膠分離的時(shí)候出現(xiàn)“?！钡穆曇簟?/p>

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(guò)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(guò)硫化成一個(gè)整體。

減振器上支座與減振器裝配時(shí)，墊片、上支座內(nèi)套管和下扣杯通過(guò)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(duì)橡膠存在一定的預(yù)壓縮量，在整車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，橡膠會(huì)有變形，橡膠的壓縮量會(huì)有變化?，F(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(gè)高度為1 mm的橡膠小凸臺(tái)，截面形狀為長(zhǎng)方形，此橡膠小凸臺(tái)與橡膠本體為一起硫化而成，是一個(gè)整體。此橡膠小凸臺(tái)，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(tái)的目的是為了使墊片與橡膠始終接觸，不會(huì)出現(xiàn)分離的情況，從而避免出現(xiàn)此類異響問(wèn)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(pán)懸架系統(tǒng)的一個(gè)重要零部件，用于實(shí)現(xiàn)減振器上端與車(chē)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(dòng)，同時(shí)對(duì)車(chē)身控制起作用。

減振器上支座也是一個(gè)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(wèn)題，又同時(shí)可以將上支座的靜態(tài)性能變化控制到最小，對(duì)整車(chē)操穩(wěn)性能和NVH性能影響最小。

基于增加橡膠小凸臺(tái)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(cè)試和裝配新的減振器進(jìn)行總成測(cè)試。

4.1 上支座剛度測(cè)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(gè)很重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。為了提前評(píng)估更改方案對(duì)剛度的影響，可以通過(guò)CAE仿真進(jìn)行剛度分析[7]。增加小凸臺(tái)前后的剛度測(cè)試結(jié)果如圖7所示，剛度測(cè)試結(jié)果很接近。

經(jīng)NVH測(cè)試和整車(chē)動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)[8]，結(jié)果證明更改方案對(duì)整車(chē)NVH和動(dòng)態(tài)性能無(wú)影響。

圖7 上支座剛度測(cè)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(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證了20個(gè)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(chē)上，再用圖2所示的整車(chē)四立柱臺(tái)架進(jìn)行整車(chē)低溫四立柱試驗(yàn)，驗(yàn)證了3臺(tái)車(chē)，均無(wú)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(guò)對(duì)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(wèn)題排查解決提供依據(jù)，研究結(jié)果表明：

(1)通過(guò)整車(chē)四立柱試驗(yàn)進(jìn)行異響測(cè)試，可以作為整車(chē)異響評(píng)價(jià)的一個(gè)參考方法。

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

(3)上支座異響問(wèn)題，通過(guò)在橡膠本體上增加小凸臺(tái)解決，對(duì)整車(chē)NVH和操穩(wěn)性能無(wú)影響，可以作為上支座設(shè)計(jì)的參考結(jié)構(gòu)，對(duì)上支座的設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。