某型重载车后悬架异响原因分析及对策研究

2022-11-01刘振宏刘祖斌孙银方张洋郭素杰李彬

农业装备与车辆工程 2022年9期

刘振宏，刘祖斌，孙银方，张洋，郭素杰，李彬

（130000 吉林省长春市中国第一汽车集团有限公司研发总院NVH 研究所）

0 引言

随着汽车工业的飞速发展，消费者对车辆的动力性、舒适性、驾驶性能的要求都越来越高。汽车的NVH（Noise，Vibration，Harshness）性能是衡量整车舒适性的重要指标，汽车售后投诉的许多质量问题都与NVH 有关。异响性能作为NVH 的重要组成部分，是影响整车舒适性的关键因素，是用户NVH 抱怨中占比最大的问题。根据J.D.Power中国新车质量研究IQS 2018 年数据，汽车行业杂音/异响类抱怨平均占总体抱怨的21.6%，在所有抱怨中占首位。

汽车悬架异响成因较为复杂，但大多数为控制臂衬套[1]或减振器[2]所引起。而重载车减振器上悬置（Top Mount）的相关信息则较为少见。

本文通过对某重载车的后部异响进行原因排查，最终将异响原因锁定为一定里程后上悬置失去缓冲性能，导致其内芯与外壳撞击产生异响。通过对上悬置进行结构优化、台架试验验证、道路试验验证，该异响问题得到了解决，进而从设计层面彻底规避了上悬置异响。

1 异响问题确认

1.1 问题确认

异响问题确认是解决任何异响问题的第一步，首先需全面了解异响问题的信息，包括车辆信息、异响发生的大致位置、车速、路面、温度等工况信息。本重载车的试验确认过程：常温下对车辆进行异响主观评价，发现车辆在颠簸路面（如鹅卵石路、比利时路等）以10～20 km/h 行驶或在粗糙水泥路面中高速行驶时，后方包裹架处传来“咔嗒”的类金属异响，异响明显且杂乱，极易引起客户抱怨。经与试验驾驶员确认，该车行驶里程已达11 000 km，行驶过的路面包括试验场坏路、山区道路、市区路面等；行驶里程在1 300 km 左右时开始出现异响，而新车行驶时并无明显异响。

2 异响源排查

随着汽车技术的发展，汽车异响的排查手段越来越多。汽车厂商为了稳定复现异响，一般采用整车四立柱道路模拟机[3]，通过对车辆轴头振动信号采集、道路模拟机迭代，可将发生异响的工况在道路模拟机上复现，借用电子听诊器、底盘听诊器等设备，能大幅缩短异响源的排查时间，尤其是底盘异响。道路模拟机为异响源排查提供了很大的便利和帮助。但该型重载车整备质量（约6 000 kg）超过了道路模拟机最大承载质量（一般为3 500 kg），这为该异响问题排查带来较大困难，只能采用道路试验方法排查异响源。

首先对车辆后部可能存在异响的零部件及总成进行排查，通过拆除、重新装配、互换总成等，在相同工况下进行异响评价，可排除周边部件的因素，如包裹架、C 柱护板等，结果见表1，基本锁定异响发生在后悬架总成上。

表1 异响源初步排查结果Tab.1 Preliminary results of abnormal noise source

2.1 真因查找

在进行下一步试验排查之前，对底盘进行全面的力矩校验，确保所有力矩都在设计值范围内。在相同工况下进行异响评价，异响未消除。

在上述评价过程中，可感知异响与路面激励频率相关性较高，并且异响位置靠近车辆上部，为缩小异响源范围，换装后滑柱总成，在相同工况下进行评价，可感知异响有一定改善，因此推断异响源为后滑柱总成。

2.1.1 减振器分析

减振器总成为后滑柱总成的重要部件，且减振器异响因其内部气、液、固特性的急剧变化较为复杂[4]。根据减振器工作原理，设定以下试验工况进行排查：换装3 种方案的减振器，其余零件总成保持原车样件不变，在相同工况下进行异响评价。具体方案信息及评价结果见表2。

表2 不同减振器方案异响评价结果Tab.2 Evaluation results of abnormal noise with different shock absorbers

通过以上对比试验，可直接排除减振器异响的可能性。对表2 各方案的主观评分标准参见表3。

表3 异响主观评分标准Tab.3 Subjective evaluation criteria of abnormal noise

2.1.2 上悬置分析

在原车上悬置分析过程中，发现原车上悬置内部橡胶有撞裂的现象，剖开后内管结构和形状如图1 所示，因此判断异响为上悬置内芯与外壳的撞击引起。为确定真因，设计如下排查试验：其余样件均保持原车样件不变，在相同工况下换装上悬置进行异响评价，评价结果见表4。

图1 原车问题件Fig.1 Original damaged top mount

表4 换装上悬置异响评价结果Tab.4 Evaluation results based on different top mount schemes

评价发现，仅换装全新上悬置与前文所述换装全新后滑柱总成异响水平相当，由此可基本锁定异响源为后上悬置总成，结合异响发生时车辆里程及问题件状态，推断车辆耐久行驶后，上悬置内芯橡胶被撞裂，导致内芯与上悬置外壳碰撞时没有足够的软质材料缓冲，从而产生“咔嗒”异响。

3 解决措施

首先对后滑柱总成断面（如图2 所示）进行机理分析[5]。在整车悬架跳动过程中，减振器的阻尼力通过减振器活塞杆传递到上悬置内芯，通过硫化在内芯上的橡胶缓冲，最终将路面作用力通过上悬置外壳传递至车身处。车辆经过耐久行驶后，内部橡胶限位因承受载荷较大被撞裂，导致上悬置内芯与外壳直接撞击，在无橡胶缓冲的情况下，发出与路面频次相关性较高的金属撞击 “咔嗒”异响。

图2 后滑柱总成示意图Fig.2 Rear strut assembly

解决该异响问题，必需对硫化橡胶进行加强，包括对橡胶采取刚度加强[4]、厚度加强等措施，减小、缓和橡胶限位与外壳的冲击力，具体措施见图3 和表5。

图3 优化后上悬置及其内管示意图Fig.3 Optimized top mount and its inner tubes

表5 上悬置优化方案Tab.5 Optimization of top mount

将新方案上悬置全新样件装车后进行异响评价，异响消除，评分8.0 以上，但因为该问题有可能在车辆耐久试验后出现，因此需要进行耐久验证试验。

4 方案验证

4.1 台架耐久试验验证

对搭载原车方案、优化方案上悬置的后滑柱总成进行台架试验（如图4 所示），试验采用的激励为发生异响的路面工况（比利时路、绳索路等）所采集的振动信号。通过试验台架迭代，模拟出整车状态下后滑柱的受力及运动过程。分别对不同方案的上悬置进行台架耐久试验，在其零里程、当量100 000 km 里程时进行异响评价，评价结果见表6。