整车过坎二次冲击现象分析

叶明瑞，隋延奇，辛庆锋，孙福禄，姜军平，徐梅梅

1.浙江吉智新能源汽车科技有限公司，浙江杭州 311228；2.浙江吉利新能源商用车集团有限公司，浙江杭州 311228

0 引言

随着中国汽车行业的发展，近几年汽车普及面非常之广，大大小小的车辆穿梭在不同的道路上。而国内公共道路有较多的不同形状、不同大小的减速带。同时，随着车辆通过减速带的影响，越来越多的人关注到车辆过减速带时带给人体的舒适感。因此，在车辆开发过程中，汽车设计工程师加大了对车辆过坎冲击性能的深入研究。

过坎二次冲击指的是车辆过减速带后，前悬架存在二次振动、收敛不足的问题，归为平顺性中的冲击问题，简称过坎冲击。本文以某车型在开发过程中过减速带时存在的过坎冲击问题为例，从仿真分析、客观测试、主观评价3个方面对不同零部件进行了全方面地分析与验证。

之前研究过很多方案确定以及性能优化的案例，这些都属于车型前期开发案例，采用的流程通常为：仿真分析—方案确定—客观测试—主观评价。但本文不同于前期的方案设计分析思路，该案例属于后期车型存在的性能问题，采用的流程为：主观评价确认问题，客观测试分析问题点，仿真分析锁定影响因素，最后进行客观测试和主观评价确认。

1 主观评价

该车辆过减速带时出现过坎冲击大，主要表现为悬架硬、二次冲击大、震荡周期多。针对该问题进行追踪溯源，发现出现问题的工况主要集中在车速为20～50 km/h，且车辆通过减速带时。

1.1 传递路径

根据主观评价感受到的振动情况，经过分析，该振动的传递路径主要有两个，具体如图1所示。

图1 振动传递路径

路径1：车辆接收到来自路面的激励，通过轮胎轮辋车轮系统、减振器支柱系统(包含弹簧、缓冲块、上支座)传递至车身。

路径2：车辆接收到来自路面的激励，对动力总成产生激振，再通过悬置传递到车身。

1.2 减速带

目前国内公共道路上比较常见的减速带示意如图2所示。对不同路况下的橡胶减速带进行了调研，其规格尺寸见表1。

图2 不同减速带示意

表1 橡胶减速带规格尺寸 单位:mm

1.3 分析方法

为统一研究分析主观评价、仿真分析、客观测试的结果，减速带选用宽为300 mm、高为35 mm的城市街道减速带，通过车速为20 km/h或30 km/h(根据主观评价结果选定仿真分析和客观测试的车速)。测试点为Topmount点方向加速度。

2 仿真分析

搭建某车型的整车仿真分析模型,如图3所示。根据客观测试结果对车辆模型进行校准，校准方法主要为：仿真分析采用与客观测试同样的仿真工况，更换同客观测试数据相同的零部件进行仿真分析。根据表1减速带规格要求搭建路面。

图3 某车型的整车仿真分析模型

2.1 不同长度的缓冲块仿真分析

减速带规格为300 mm(宽)×35 mm(高)，通过车速为20 km/h。缓冲块设定不同的长度，分别为60、70、80、90 mm。不同缓冲块长度的整车过坎冲击仿真分析结果如图4所示。

图4 不同缓冲块长度的整车过坎冲击仿真分析结果

由图4可知，缓冲块长度对过坎冲击幅值影响较小，最短缓冲块衰减相对较好，与主观评价结果相符。

2.2 不同刚度的橡胶悬置仿真分析

减速带规格为300 mm(宽)×35 mm(高)，通过车速为30 km/h。橡胶悬置的刚度设定分别为原始刚度、垂向方向刚度降低50、垂向方向刚度增加50进行整车过坎仿真分析。不同刚度的橡胶悬置仿真分析结果如图5所示，不同刚度的第一峰值和第二峰值见表2。

图5 不同刚度的橡胶悬置仿真分析结果

表2 不同刚度的第一峰值和第二峰值 单位: mm·s-2

由图5和表2可知，橡胶悬置刚度对过坎冲击第一峰值幅值影响较小，刚度增大对第二峰值影响较大，随着刚度的增加收敛性变好。

2.3 不同阻尼系数的液压悬置仿真分析

减速带规格为300 mm(宽)×35 mm(高)，通过车速为30 km/h。液压悬置阻尼系数分别为初始、0.25、0.45进行仿真分析。不同阻尼系数的液压悬置仿真分析结果如图6所示，不同阻尼系数的第一峰值和第二峰值见表3。

图6 不同阻尼系数的液压悬置仿真分析结果

表3 不同阻尼系数的第一峰值和第二峰值 单位: mm·s-2

由图6和表3可知，不同阻尼系数的液压悬置对过坎冲击第一峰值幅值影响较小，阻尼系数增大对第二峰值影响较大。

3 客观测试

3.1 橡胶悬置客观测试

减速带规格为300 mm(宽)×35 mm(高)，通过车速为30 km/h。车辆原始橡胶悬置如图7所示，该结构悬置自由状态下间隙约3 mm，整车状态下受动总重力影响，该间隙会继续加大。通过在间隙内增加垫块的方法进行加固。

图7 车辆原始橡胶悬置

3.1.1 橡胶悬置加固和无加固测试

橡胶悬置加固和无加固测试结果如图8所示，橡胶悬置加固和无加固时的峰值见表4。

图8 橡胶悬置加固和无加固测试结果

表4 橡胶悬置加固和无加固时的峰值 单位: mm·s-2

通过图8和表4显示，悬置加固后对过坎中第一峰值基本无影响，对第二及以后峰值大小及收敛性影响较大，即悬置性能对过坎二次冲击及过坎后的收敛性影响比较大，与主观评价结果相同。

3.1.2 不同硬度橡胶悬置测试

不同硬度橡胶悬置测试结果如图9所示，不同硬度橡胶悬置时的峰值见表5。

图9 不同硬度橡胶悬置测试结果

表5 不同硬度橡胶悬置时的峰值 单位:mm·s-2

通过图9和表5显示，更换不同刚度的橡胶悬置对过坎中第一峰值基本无影响，对第二及以后峰值大小的收敛性影响较大，即悬置性能对过坎二次冲击及过坎后的收敛性影响比较大。该客观测试结果与主观评价结果以及整车仿真分析结果相同。

3.2 液压悬置客观测试

减速带规格为300 mm(宽)×35 mm(高)，通过车速为30 km/h。对原车采用橡胶悬置、液压悬置以及相对应的竞品车客观测试数据进行对比,具体对比结果如图10和表6所示。

图10 不同车型不同悬置的对比结果

表6 不同车型不同悬置的峰值 单位: mm·s-2

由图10和表6可知，橡胶悬置与液压悬置相比，液压悬置收敛性较好、震荡少，达到对标车水平。

3.3 座椅客观测试

减速带规格为300 mm(宽)×35 mm(高)，通过车速为30 km/h。更换不同规格的座椅进行测试。不同类型的座椅结构如图11所示，不同座椅的对比结果如图12所示，不同类型座椅的峰值见表7。

图11 不同类型座椅的结构

图12 不同类型座椅的对比结果

表7 不同类型座椅的峰值 单位: mm·s-2

由图12和表7可知，相同钢丝直径下，泡沫硬度越高，隔振效果越差，反之泡沫硬度越低，隔振效果越好;相同泡沫硬度的座椅，直径越大，隔振效果越好，反之直径越小，隔振效果越差。

4 结论

通过上述主观评价、仿真分析、客观测试数据对比，总结如下:

(1)在整车过坎冲击中，在底盘性能件中过坎冲击加速度曲线的第一峰值的因素有：轮胎垂向刚度、胎压，减震器阻尼、弹簧刚度、缓冲块刚度、前减振器上支座；影响第二峰值的因素有：橡胶悬置的限位间隙、悬置的垂向刚度值以及液压悬置中的阻尼大小。

(2)对于相同钢丝直径下的座椅，泡沫硬度越低，隔振效果越好；相同泡沫硬度的座椅，直径越大，隔振效果越好；同时，泡沫硬度对座椅隔振的影响大于钢丝直径的影响。