摘 要：路面振動(dòng)經(jīng)汽車底盤傳遞至車內(nèi)，車身結(jié)構(gòu)在一定程度上存在放大作用，易產(chǎn)生車內(nèi)噪聲、振動(dòng)等問(wèn)題，如不能合理控制，易被客戶感知、抱怨；襯套動(dòng)剛度作為降低振動(dòng)傳遞率關(guān)鍵措施，文章通過(guò)對(duì)橡膠配方、襯套結(jié)構(gòu)及型式進(jìn)行分析、探討，總結(jié)了襯套低動(dòng)剛度常用設(shè)計(jì)策略，為車輛NVH問(wèn)題解決提供參考。

關(guān)鍵詞：襯套動(dòng)剛度 振動(dòng)傳遞率 NVH 路面振動(dòng)

1 引言

車輛在行駛過(guò)程中，路面沖擊、振動(dòng)經(jīng)車輛底盤傳遞至駕駛室，易引起客戶抱怨，甚至導(dǎo)致車輛零部件壽命降低，發(fā)生開(kāi)裂等安全問(wèn)題；為改善此問(wèn)題，橡膠產(chǎn)品在汽車底盤設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用在沖擊、振動(dòng)的傳遞路徑上，可有效降低其傳遞率，改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)壽命，提升車輛設(shè)計(jì)品質(zhì)；橡膠件剛度分為靜剛度、動(dòng)剛度2類，兩者存在耦合性，動(dòng)剛度越低，沖擊和振動(dòng)的改善效果越明顯，但會(huì)使其靜剛度過(guò)低，導(dǎo)致產(chǎn)品壽命無(wú)法滿足使用要求，如何實(shí)現(xiàn)低動(dòng)剛度設(shè)計(jì)，直接關(guān)乎車輛設(shè)計(jì)品質(zhì)。

橡膠襯套力學(xué)特性

橡膠襯套屬于超彈性物質(zhì)，在壓縮和回彈過(guò)程中應(yīng)力和應(yīng)變并不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，而是存在應(yīng)變滯后于應(yīng)力。本文采用復(fù)剛度分析方法介紹橡膠襯套的力學(xué)模型，見(jiàn)圖1。

假設(shè)對(duì)橡膠襯套施加一個(gè)周期性簡(jiǎn)諧激勵(lì)，設(shè)，

式中橡膠襯套位移幅值，橡膠襯套載荷幅值，位移與載荷間滯后角。

橡膠襯套復(fù)剛度為：

其中為橡膠襯套復(fù)剛度；為橡膠襯套儲(chǔ)存剛度；為橡膠襯套損耗剛度，由式（2）知：

其中為橡膠襯套動(dòng)剛度，為橡膠襯套靜剛度，由決定，為動(dòng)靜比；由此可見(jiàn)襯套的動(dòng)、靜剛度同屬橡膠特性參數(shù)，存在耦合性；依據(jù)振動(dòng)傳遞的幅頻特性，低的動(dòng)剛度可降低振動(dòng)傳遞率，有利于車輛振動(dòng)控制，設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮。

汽車底盤襯套特性中的靜剛度、動(dòng)剛度均為關(guān)鍵特性，前者與車輛操控、產(chǎn)品壽命相關(guān)，后者與路面振動(dòng)、沖擊的衰減有關(guān)；襯套靜剛度在設(shè)計(jì)初期，由車輛KC性能分解獲得，而后基于車輛性能調(diào)校進(jìn)行修正，是保證車輛操控性能的關(guān)鍵因素，一般優(yōu)先設(shè)定，從優(yōu)先級(jí)維度降低其與動(dòng)剛度的耦合性；襯套動(dòng)剛度由車輛NVH性能分解獲得，越低對(duì)NVH越有利，橡膠襯套多在受迫振動(dòng)傳遞路徑的節(jié)點(diǎn)處布置，低動(dòng)剛度軸套可有效降低振動(dòng)的傳遞率；本文通過(guò)對(duì)橡膠材料、襯套結(jié)構(gòu)等維度，對(duì)襯套低動(dòng)剛度設(shè)計(jì)策略進(jìn)行探究，為大家提供參考。

2 橡膠配方的低動(dòng)剛度策略

2.1 橡膠定伸強(qiáng)度匹配

通過(guò)試驗(yàn)研究，橡膠材料的動(dòng)靜比與材料拉伸強(qiáng)度（或者200% 定伸強(qiáng)度）存在一定關(guān)系，可通過(guò)調(diào)節(jié)橡膠材料品種、硫化體系、填充體系進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)低動(dòng)剛度設(shè)計(jì)策略。

目前許多橡膠材料在相同硬度下，扯斷伸長(zhǎng)率均可滿足不小于400%要求，但不同配方膠料在200%定伸強(qiáng)度差異較大，隨著200%定伸強(qiáng)度的增加，橡膠的動(dòng)靜比會(huì)降低。詳見(jiàn)表1：

2.2 橡膠填充劑匹配

橡膠配方中的填充劑，是除橡膠本身外影響膠料動(dòng)靜比另一重要因素，特別是炭黑，作為橡膠的常用填充劑，粒徑越小，填充量越大，則膠料硫化后的動(dòng)剛度越大，（膠料的硬度不變）；采用粒徑大的炭黑作為填充劑，對(duì)膠料的低動(dòng)靜比最有利，但因其補(bǔ)強(qiáng)效果差，多采用中等粒徑。驗(yàn)證效果見(jiàn)表2：

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置，副車架襯套等產(chǎn)品應(yīng)用較多，在某SUV車型對(duì)后排路噪控制時(shí)，副車架襯套、控制臂襯套通過(guò)材質(zhì)優(yōu)化降低產(chǎn)品動(dòng)剛度，見(jiàn)表3，驗(yàn)證效果較好。

副車架襯套采用低動(dòng)剛度方案，見(jiàn)表3，車輛后排路噪在50-60Hz、80-100Hz、120Hz等峰值區(qū)域降低明顯，約6-8dB，改善效果明顯。

控制臂襯套采用低動(dòng)剛度方案，見(jiàn)表3，車輛后排路噪在70-90Hz峰值區(qū)域有所降低，約3-4dB，稍有改善；控制臂襯套所在噪聲傳遞路徑敏感度低于副車架襯套的，故控制臂襯套低動(dòng)剛度襯套應(yīng)用效果并不明顯。

3 襯套結(jié)構(gòu)的低動(dòng)剛度策略

對(duì)同一材質(zhì)，相同結(jié)構(gòu)的橡膠，在硬度、剪切模量、動(dòng)剛度的三者關(guān)系分析，見(jiàn)式（8）可得橡膠硬度與靜剛度為近似正比例關(guān)系；

其中，與為近似正比例關(guān)系，見(jiàn)圖5。

將式（6）代入（7）得

橡膠邵爾A硬度，橡膠剪切模量，橡膠形狀系數(shù)，橡膠尺寸系數(shù)；

類似應(yīng)用在德系某高端車型已應(yīng)用，車型后副車架襯套硬度采用45（A），通過(guò)低硬度策略實(shí)現(xiàn)低動(dòng)剛度設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖6、圖7；常見(jiàn)襯套類產(chǎn)品橡膠硬度范圍50-70（A）。

4 其它低動(dòng)剛度策略

聚氨酯作為一種新型合成高分子材料，對(duì)硬度的調(diào)節(jié)依靠調(diào)整分子鏈中軟、硬段的比例實(shí)現(xiàn)，與橡膠材質(zhì)應(yīng)用的填充劑（常用為炭黑）不同，因此動(dòng)剛度的變化受到硬度的限制較小，在靜剛度相同時(shí)，聚氨酯襯套的動(dòng)剛度較低；某轎車應(yīng)用聚氨酯襯套，動(dòng)剛度較橡膠的降低最大約20%，效果明顯，見(jiàn)圖8；此類型多應(yīng)用于減振器與車輛連接結(jié)構(gòu)處。

5 結(jié)束語(yǔ)

襯套動(dòng)剛度的設(shè)定與車輛振動(dòng)、沖擊的傳遞率的控制有重要影響，常用于解決發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)、路面激勵(lì)帶來(lái)的NVH問(wèn)題；襯套動(dòng)剛度的大小與橡膠配方、橡膠結(jié)構(gòu)、襯套型式強(qiáng)相關(guān)；本文通過(guò)多維度探討，襯套低動(dòng)剛度設(shè)計(jì)策略，希望對(duì)襯套匹配設(shè)計(jì)質(zhì)量提升有所幫助。

車輛振動(dòng)的控制，也可利用液壓襯套的高阻尼特性，雙膠料襯套的阻尼匹配特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)策，實(shí)際應(yīng)用可聯(lián)合低動(dòng)剛度、高阻尼等襯套特性解決車輛振動(dòng)問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]（日）小林明著，河北工學(xué)院汽車教研室譯﹒汽車振動(dòng)學(xué)[M]﹒北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1976：93-128.

[2]邢天保，林陽(yáng).激振頻率和幅值對(duì)橡膠襯套動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)研究[J]﹒農(nóng)業(yè)裝配與車輛工程，2019，57（5）：62-63.

[3]楊俊鳳，周相榮，丁煒.橡膠減振器的動(dòng)靜比影響因素[J]﹒噪聲與振動(dòng)控制，2013，33（6）：202-204.

[4]謝華，張小華，殷長(zhǎng)春.聚氨酯與橡膠隔振器性能對(duì)比分析[J]﹒柴油機(jī)，2015，37（6）：35.

[5]柯維，鄭建華.基于橡膠硬度的隔振器性能判定[J]﹒船海工程，2008，37（4）：143.