邵利偉

(上汽通用東岳汽車有限公司，山東煙臺(tái) 264006)

0 引言

汽車減震器作為車輛行駛過程中衰減振動(dòng)的重要部件，特別是汽車的行駛速度不斷提高，減震器的作用更加重要[1]。為了限制汽車行駛過快，馬路上經(jīng)常會(huì)設(shè)置減速帶，車輛在通過減速帶時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，直接影響客戶對(duì)車輛品質(zhì)的評(píng)判。

1 噪聲產(chǎn)生的機(jī)制和失效形式

1.1 噪聲產(chǎn)生機(jī)制分析

文中分析的車輛過減速帶噪聲，出現(xiàn)的工況是車輛快速通過一種特殊的高減速帶時(shí)，車輛前部產(chǎn)生一次非常大的噪聲。車輛在普通路面以及過普通減速帶時(shí)，均無該噪聲。

車輛快速通過高減速帶時(shí)，車輛在縱向有較大的運(yùn)動(dòng),此時(shí)車輪和車身向相反的方向有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，車輪和車身在縱向相對(duì)運(yùn)動(dòng)上靠懸架系統(tǒng)的減震器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行限位。

通過對(duì)減震器的結(jié)構(gòu)分析，減震器在工作時(shí)，活塞桿在減震器缸筒內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)：普通工況下減振器活塞在工作缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，減振器殼體內(nèi)的油液反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過窄小的減震器閥的孔隙流入另一內(nèi)腔，形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力來衰減振動(dòng)，這種普通工況下沒有噪聲產(chǎn)生。

當(dāng)車輪和車身有較大的反向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的極限情況時(shí)，減震器達(dá)到最大拉伸行程，限位結(jié)構(gòu)撞擊會(huì)產(chǎn)生噪聲。減震器內(nèi)部活塞桿上部的限位環(huán)會(huì)撞擊減震器上部導(dǎo)向環(huán)，為保護(hù)減震器，在限位環(huán)和導(dǎo)向環(huán)之間設(shè)計(jì)了緩沖塊，來吸收這種撞擊。巨大的撞擊會(huì)導(dǎo)致這種噪聲產(chǎn)生，而同樣沖擊下噪聲的大小，取決于緩沖塊的緩沖能力，減震器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 減震器結(jié)構(gòu)

1.2 緩沖塊材料分析

進(jìn)一步分析該款車型的限位塊是天然橡膠材質(zhì)，天然橡膠材料已經(jīng)屬于橡膠中動(dòng)態(tài)性能較好的橡膠，如果通過降低橡膠硬度來提高緩沖能力，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致耐久性能的下降。目前減震器內(nèi)部尺寸有限，也不能通過盲目擴(kuò)大緩沖塊尺寸來提高吸收沖擊的能力，因此，需要選取一種動(dòng)態(tài)性能更好的材料來制作緩沖塊，來緩沖車輛過高減速帶時(shí)，減震器限位塊帶來的巨大沖擊。

TPU聚氨酯(熱塑性聚氨酯彈性體)作為一種新型合成高分子材料，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車、航天、醫(yī)療、國(guó)防等領(lǐng)域[2]。TPU機(jī)械強(qiáng)度高，加工性能好,耐高溫，耐油、耐老化，十分適合使用在減震器中。

2 聚氨酯材料緩沖塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 緩沖塊的結(jié)構(gòu)受力

緩沖塊在減震器內(nèi)部，主要受限位環(huán)和導(dǎo)向環(huán)的縱向擠壓，因此，提升緩沖塊的縱向緩沖能力，可以減輕車輛過高減速帶時(shí)的噪聲。由于緩沖塊安裝在減震器內(nèi)部，受減震器內(nèi)徑尺寸的限制，當(dāng)前設(shè)計(jì)徑向空間已經(jīng)沒有繼續(xù)增大的空間，所以，緩沖塊的優(yōu)化只能從材料和形狀優(yōu)化的方向入手。

2.2 緩沖塊的設(shè)計(jì)優(yōu)化和評(píng)估方法

通過制作軟模，做出快速樣件。通過拉壓試驗(yàn)機(jī)(圖2)，對(duì)比緩沖塊的壓縮曲線，可以快速評(píng)估緩沖塊的緩沖效果。

圖2 拉壓試驗(yàn)機(jī)

方案一：按照原來橡膠材料的尺寸，只將原來的橡膠材料，替換為聚氨酯材料，制作緩沖塊，確認(rèn)材料的緩沖能力確實(shí)有優(yōu)化。

方案二：使用聚氨酯，在頂部和側(cè)面增加波紋，提高緩沖塊縱向的緩沖能力，經(jīng)過數(shù)十種手工樣件的制作，最終確定了緩沖能力最好的方案二。

2.3 設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)果對(duì)比

利用拉壓試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試樣件的力學(xué)性能，測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，方案二的曲線更平滑，在同樣受力的情況下，能夠吸收更多能量，通過測(cè)試曲線對(duì)比得出結(jié)論，方法二的吸收沖擊能力更好，結(jié)果如圖3所示和圖4所示。

圖3 緩沖塊更改方案

圖4 壓縮曲線

3 緩沖塊的試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 實(shí)車噪聲評(píng)估

將方案一和方案二狀態(tài)的樣件，制作成減震器總成，兩種樣件通過減震器基本性能測(cè)試后，裝車進(jìn)行實(shí)車噪聲評(píng)估。

方案一裝減震器進(jìn)行整車驗(yàn)證，驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)噪聲較之前減輕，但還未達(dá)到理想效果

方案二裝減震器進(jìn)行整車驗(yàn)證，驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)噪聲較原始方案改善明顯，較方案一也有一定程度的提升，達(dá)到可以接受的水平。

實(shí)車噪聲評(píng)估結(jié)果與之前的臺(tái)架測(cè)試的緩沖能力結(jié)果一致，最終采用方案二進(jìn)行耐久試驗(yàn)。

3.2 耐久試驗(yàn)結(jié)果

將零件進(jìn)行臺(tái)架耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)樣件無撕裂并沒有試驗(yàn)微粒分離出來，耐久試驗(yàn)后的零件力學(xué)性能測(cè)試和外觀尺寸的均在要求范圍之內(nèi)，臺(tái)架試驗(yàn)通過，如圖5所示。

圖5 耐久試驗(yàn)后零件狀態(tài)

將裝有樣件的減震器，搭載到耐久車上進(jìn)行整車耐久試驗(yàn)。整車耐久試驗(yàn)完成后，減震器沒有任何的功能異常，且減震器通過高減速帶時(shí)，緩沖效果仍能滿足要求，整車耐久試驗(yàn)通過。

4 結(jié)束語

某車型通過高減速帶時(shí)車輛前部產(chǎn)生噪聲，利用結(jié)構(gòu)分析、材料分析和臺(tái)架試驗(yàn)等方法，完成了異響的失效分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化和方案驗(yàn)證的一系列過程。噪聲和異響是汽車路試中一類常見的問題，此案例中介紹的思路和方法，改進(jìn)周期短，驗(yàn)證效果好，可以供其他類似的噪聲和異響問題參考和借鑒。