駱玉寶，陳 波

(宜賓凱翼汽車有限公司，四川 宜賓 644000)

1 引 言

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，客戶對汽車性能的要求越來越高。其中，汽車異響性能尤為突出，其是直接的、表面的、容易被客戶感知的性能維度，成為判斷汽車性能和檔次的重要依據(jù)之一。在汽車開發(fā)過程中，底盤異響問題是汽車性能開發(fā)的關鍵核心技術問題，是影響汽車品質(zhì)的關鍵問題。近年來，各大車企對汽車異響性能越來越重視，投入的比例不斷增大。

汽車底盤系統(tǒng)主要由懸架、副車架、制動器、車輪、傳動軸等組成。其中，懸架、制動器、傳動軸是底盤異響占比較大的部分。對于底盤異響控制，前期可用CAE手段，包括DMU檢查、模態(tài)設計、剛度強度設計、應力特征分析、規(guī)避歷史問題及市場突出問題等，中期可對實際樣車進行異響調(diào)校，識別異響問題點，進行問題排查、原因分析、制定整改方案、工程化實施等，后期應加強零部件質(zhì)量、生產(chǎn)工藝一致性控制，上市后主要針對市場反饋的異響問題進行優(yōu)化。

上述是比較常規(guī)的解決汽車異響問題的思路，但異響往往超乎人們的意料，即使前期工作做得很好，也很難保證后期實車不存在異響問題。對于實車異響問題，應主要從共性及嚴重異響問題入手，優(yōu)先解決困擾客戶的異響問題。對于突出的異響問題，可以從異響開發(fā)主線中單獨提取，將其作為專向攻克技術問題處理，周期滿足開發(fā)需求，問題解決后回歸開發(fā)主線。底盤異響問題的解決思路同其他異響問題一樣，只是底盤異響問題相對其他異響問題更復雜，更需花費時間與資源。

2 底盤異響排查與分析

2.1 異響現(xiàn)象描述

某車輛在公路上正常行駛，低速(15～20km/h)轉(zhuǎn)彎時，前底盤處偶爾會傳來“咯噔”聲，發(fā)生頻次無規(guī)律。針對此問題，在試驗場地針對該車輛進行繞8字行駛，行駛過程中反向切換轉(zhuǎn)向時，前底盤處“咯噔”聲復現(xiàn)，且出現(xiàn)響聲的工況均為轉(zhuǎn)向切換時，工況相對穩(wěn)定。

2.2 異響排查

該車輛前底盤主要為麥弗遜式懸架結(jié)構(gòu)，如圖1所示。首先使用異響聽診器縮小異響源范圍，分別在以下零部件結(jié)構(gòu)上布置傳感器(如圖2所示)：穩(wěn)定桿(通道1)、擺臂(通道2)、制動器(通道3)、轉(zhuǎn)向節(jié)(通道4)、副車架(通道5)、減振器(通道6)，測得穩(wěn)定桿(通道1)、制動器(通道3)和轉(zhuǎn)向節(jié)(通道4)聲音相對較大。繼續(xù)縮小范圍，測得制動器(通道3)、轉(zhuǎn)向節(jié)(通道4)聲音較明顯。

圖1 懸架結(jié)構(gòu)

圖2 傳感器布置

使用異響聽診器縮小聲源位置后，已無法繼續(xù)分析和確定問題產(chǎn)生原因和聲音特征，因此采用NVH專業(yè)測試設備LMS Test.Lab對異響問題繼續(xù)排查，使用振動傳感器進行布點(如圖3所示)，通過振動數(shù)據(jù)采集，進行圖譜分析，測得振動轉(zhuǎn)化圖譜特征，如圖4所示。

圖3 振動傳感器布置

圖4 原狀態(tài)振動特征瀑布圖

對傳感器測得的數(shù)據(jù)進行分析，可以得出結(jié)論：(1)振源為制動器端；(2)根據(jù)聲音特征，確定異響為金屬部件撞擊聲。

根據(jù)問題排查，鎖定異響源為制動器(如圖5所示)。結(jié)合制動器結(jié)構(gòu)及問題瀑布圖，初步懷疑制動卡鉗安裝位置和制動器軸承外圈兩個位置均可能產(chǎn)生此問題。

圖5 制動器

驗證方案1：將制動器卡鉗拆卸(如圖6所示)，驗證問題是否復現(xiàn)。結(jié)論：制動器卡鉗拆卸后，異響依然存在，排除卡鉗導致異響。

圖6 制動器(卡鉗拆卸)

驗證方案2：將制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔配合處焊接牢靠(焊接位置見圖7)，驗證問題是否復現(xiàn)。結(jié)論：制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔配合處焊接牢靠后，異響問題未復現(xiàn)。

圖7 焊接位置

為確認驗證方案的有效性，另將3臺有此問題車輛的此位置焊接牢靠，異響均未復現(xiàn)。由此可以判定，該車輛低速轉(zhuǎn)彎時底盤異響問題的根源是制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔配合處存在問題。將問題車制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔返廠進行質(zhì)量分析，兩件均滿足設計要求。由此斷定，此結(jié)構(gòu)存在設計問題。

通過進一步驗證可知，原車制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承為過盈配合(制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔配合如圖8所示)，轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔的設計公差?80(-0.044，-0.073)，制動器軸承外圈公差?80(0，-0.012)。

圖8 制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔配合

驗證方案：制作3套新樣件進行驗證，使轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔公差為?80(-0.07，-0.1)。驗證結(jié)果：新樣件搭載整車后，均未出現(xiàn)此異響問題。

從問題車型了解到，此車型由傳統(tǒng)燃油車經(jīng)過油改電設計，屬于油改電車型，整車整備質(zhì)量增加362kg，各輪胎載荷均有增加，前輪增量較大，制動器外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承均沿用傳統(tǒng)燃油車型且在燃油車型上無此問題。原型車與問題車關鍵信息見表1。

表1 原型車與問題車關鍵信息

整車側(cè)向力計算：

F=M·A

問題發(fā)生工況(選取最惡劣工況20km/h、右轉(zhuǎn)彎)整車滿載側(cè)向力計算：

F問題車滿載=M·A=2080×5.52=11481.6N

問題發(fā)生工況(選取最惡劣工況20km/h、右轉(zhuǎn)彎)整車一人載側(cè)向力計算：

F問題車一人載=M·A=1760×5.52=9715.2N

原型車整車滿載側(cè)向力計算：

F原型車滿載=1718×5.52=9483.36N

F問題車一人載-F原型車滿載=9715.2-9483.36=231.84N

F問題車滿載-F原型車滿載=11481.6-9483.36=1998.24N

相同工況下，問題車整車一人載側(cè)向力比原型車整車滿載側(cè)向力大231.84N，問題車整車滿載側(cè)向力比原型車整車滿載側(cè)向力大1998.24N，導致分布到車輪端轉(zhuǎn)向節(jié)軸承側(cè)向力增大。

依據(jù)車輛信息、側(cè)向力變化并結(jié)合問題排查結(jié)論可以得出：低速轉(zhuǎn)彎時底盤異響問題的根本原因是由于車輛在轉(zhuǎn)彎時，側(cè)向力作用導致制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔產(chǎn)生滑移撞擊。之所以會出現(xiàn)滑移撞擊，是制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔配合過盈量不足導致。最簡捷的解決辦法是通過優(yōu)化轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔尺寸公差來消除此異響問題。

3 優(yōu)化方案制定

由于項目時間緊迫，需采用快速驗證法進行優(yōu)化方案制定。制作20套轉(zhuǎn)向節(jié)外圈軸承(轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔尺寸公差如表2所示)，分別裝車驗證(選取整車滿載工況，保證整車側(cè)向力最大，下文驗證工況均選取此工況)，縮小公差范圍。驗證結(jié)論：序號1、2、3、4、5、6、7樣件搭載整車驗證，異響問題改善不明顯；序號8、9、10、11、12、13樣件搭載整車驗證，異響消除；序號14、15、16、17、18、19、20樣件搭載整車驗證，異響消除，但出現(xiàn)安裝卡滯現(xiàn)象，不便于裝卸。

表2 轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔尺寸公差

根據(jù)上文的驗證結(jié)論，將可實施尺寸公差范圍縮小至?80(-0.061，-0.095)，進一步裝車驗證。為了規(guī)避因樣件滑移量小導致異響聲音不明顯而未被人耳識別到，此次驗證用LMS設備采集轉(zhuǎn)向節(jié)軸承端振動信號，監(jiān)測轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔與制動器軸承外圈是否存在相對運動。轉(zhuǎn)向節(jié)軸承布點如圖9所示。

圖9 轉(zhuǎn)向節(jié)軸承布點

驗證結(jié)論：序號8樣件搭載整車后，轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔與制動器軸承外圈存在相對運動，與問題特征一致；序號9、10、11、12、13樣件均未出現(xiàn)轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔與制動器軸承外圈存在相對運動的現(xiàn)象。

優(yōu)化方案確定：根據(jù)上述驗證結(jié)論，確定轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔尺寸公差為?80(-0.065，-0.095)，此尺寸公差既滿足解決異響問題需求，又不影響部件裝卸，未增加成本，在可控切換周期內(nèi)。優(yōu)化后振動特征瀑布圖如圖10所示。

圖10 優(yōu)化后振動特征瀑布圖

4 轉(zhuǎn)向節(jié)軸承實車驗證

根據(jù)優(yōu)化方案，將轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔尺寸公差由?80(-0.044，-0.073)優(yōu)化為?80(-0.065，-0.095)，增大了制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔配合過盈量。優(yōu)化后的制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔配合如圖11所示。

圖11 制動器軸承外圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔配合

根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，凍結(jié)軟膜數(shù)據(jù)，制作手工樣件3套，樣件制作精度符合設計要求，經(jīng)零部件檢測合格后搭載實車進行實車驗證(實車制動器見圖12)。驗證結(jié)論：3套手工樣件均未出現(xiàn)此異響問題。

圖12 實車制動器

手工件驗證方案有效后進行硬膜數(shù)據(jù)凍結(jié)，開硬膜制作3套工裝樣件，經(jīng)零部件檢測合格后搭載實車進行實車驗證，3套硬膜工裝樣件均未出現(xiàn)此異響問題，綜合判定此方案可批量化，并且后批次車均搭載此方案工裝件，均未出現(xiàn)此異響問題。

5 結(jié) 論

隨著汽車行業(yè)對汽車異響性能重視的提高，汽車開發(fā)領域中異響開發(fā)技術獲得了較快發(fā)展。本文結(jié)合理論分析與實車驗證，分析車輛轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的側(cè)向力對轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔與制動器軸承外圈配合的影響，通過異響車輛問題排查，逐步縮小問題范圍，再通過手工方案驗證，鎖定異響問題源。制作方案樣件驗證異響問題，再通過快速驗證手段優(yōu)化問題樣件，得出最優(yōu)解決問題方案。根據(jù)優(yōu)化方案制作軟膜手工樣件驗證，驗證沒有問題后制作硬膜工裝樣件驗證，驗證沒有問題后再進行批量生產(chǎn)及切換。

通過此異響問題的識別、排查、分析、方案制定、工程化、批量整個過程，獲得很多經(jīng)驗。在此后的項目開發(fā)過程中，要吸取此次經(jīng)驗，特別是車輛前期設計階段，要充分模擬各種工況下整車受力分布及零部件受力情況，確認關鍵零部件是否存在異響問題風險，如有問題需要及時規(guī)避。