某纯电动汽车减振器低温异响研究

张端军，赵曰贺，鹿鹏程，马超

(221116 江苏省 徐州市 江苏建筑职业技术学院 智能制造学院)

0 引言

汽车减振器是汽车底盘的重要部件，其性能直接影响汽车舒适性和操控性。目前，汽车上广泛采用双筒式液压减振器。双筒式液压减振器主要由活塞组件、底阀组件、导向器总成、油封、工作缸筒等组成，其中活塞组件和底阀组件是减振器的主要阻尼特性部件，减振器的阻尼力主要取决于这2部分。活塞组件和底阀组件根据不同厂家、不同结构又分为不同种类，但多数都是由支撑片、补偿阀片、低速阀片、中速阀片、活塞、底阀以及弹簧等组成。当轮胎相对于车身做往复运动时，活塞组件在减振器的工作缸筒内往复移动，缸筒内充有减振器油液，减振器油液在活塞组件往复运动时便反复地从活塞组件和底阀组件的阀片或者阀孔内流过，此时，减振器油液与内壁的摩擦及液体分子的内摩擦便形成阻尼力。

汽车减振器异响问题一直困扰着汽车底盘开发人员，消费者对于减振器异响的投诉也居高不下。纯电动汽车用电驱系统取代传统的发动机，电驱系统比发动机更加安静，车辆上本来不太明显的噪音将会被明显放大，所以纯电动汽车对于车辆异响的控制水平要求更高，这也给减振器开发工作者带来了更大的挑战。

1 问题发现与原因分析

本次出现异响的车辆为某公司一款由燃油车改款的纯电动汽车，该车辆在黑河冬季试验场进行低温试验时出现减振器异响现象。驾驶该纯电动汽车在路况良好的路面上行驶时没有减振器异响，当以10～30 km/h 的速度行驶在颠簸路面时，后减振器传来“咚咚”的敲击声，减振器异响声音随颠簸振动频率增大而增大。该车的燃油车型减振器也有类似敲击声，响度较轻，且在发动机噪音的干扰下并不能很清晰地被感知到，不会引起很大抱怨，而改为纯电动汽车后，减振器异响可以清晰被感知，会引起抱怨。该纯电动车型在常温状态下减振器异响也不明显，不会引起抱怨。

多位专家学者对减振器异响的成因进行了研究，和题等[1]得出减振器在复原和压缩行程的换向时刻对活塞的冲击振动是产生异响的重要因素，并且发现减振器活塞杆组件是该型号减振器异响的主要来源；安成光等[2]发现减振器的气穴现象是引起减振器噪音的主要因素，活塞常通节流孔对异响影响较大，增加复原常通节流孔有效直径和充气压力能有效降低气穴异响，同时发现减振器节流孔气穴现象一般出现在复原行程，这与和题等的结论一致；税永波等[3]通过仿真方法得出橡胶衬垫刚度、流通阀节流面积、压缩孔直径、复原阀初始预紧力、油液黏度对汽车减振器噪音影响较大；舒红宇等[4]认为空程冲击是噪声产生的原因，压缩和复原行程切换时活塞与油液间空程冲击将引起减振器异响，减小空程距离可有效降低减振器异响；刘祖斌等[5]从减振器本身和传递路径2 个方面分析了减振器异响的影响因素，通过试验得出不同减振器方案噪音水平不同；黄俞淇等[6]和戎红俊等[7]都确定了减振器“活塞+活塞杆+外连接套”组件是减振器产生异响的重要部件；许翔等[8]发现减振器异响是减振器活塞杆振动频率与异响频率重合导致共振引起的，通过缩短活塞杆长度降低减振器异响。从上述文献可知，减振器本身阀系结构和传递路径是异响的主要来源，其中减振器阀系活塞组件比底阀组件更加容易产生异响。

2 评价方法及阀系介绍

2.1 主观评价

汽车性能评估方法分为主观评价及客观测试2种。主观评价是由专业评估人员通过自身的主观感受来评估车辆性能的方法，评估人员评估后会给出评估意见及改进建议；客观测试先是通过安装在车上的测试设备来测量获得车辆在各种工况下的性能指标值，然后再通过对性能指标值的分析来判断车辆性能的一种方法。主观评价是汽车底盘性能开发与调校过程中的一种常用的重要手段，底盘开发与调校往往涉及多零件多轮次的对比与优化；客观测试由于费时长且与主观感受不能很好地直接转换等原因，不能全程应用到底盘开发与调校过程，因此只在某些关键节点需要某些技术参数时才会进行客观测试。主观评价相对于客观测试速度快、效率高，评估结果更接近消费者主观感受，故底盘调校目前主要以主观评价为主。由于减振器异响影响因素较多，且需要进行多轮评估验证，故本次减振器异响评估采用主观评价的方法进行。

2.2 主观评价打分标准

本次减振器异响评估主要在黑河低温试验场进行，环境温度-15 ℃左右，为了保证减振器的低温特性，每组减振器都在室外静置30 min 以上，在进行主观评价时保证评价车辆与人员的一致性。在进行评价之前应先进行底盘零部件检查，确保底盘其他零部件没有开裂或漏油等情况，消除底盘其他零部件异响带来的干扰。

由于车速在10～30 km/h时减振器异响最明显，车速超过30 km/h 异响会减小，故本次评估车速采用20 km/h。

为了能够准确描述、合理比较不同减振器的异响程度，本次采用10 分制评价标准，从1 到10分依次表示减振器异响可接受的程度，如表1 所示。

表1 主观评价10 分制打分标准Tab.1 Subjective evaluation 10-point scoring standard

2.3 阀系介绍

车辆配置的减振器为普通弹簧Blow-off 阀系，如图1 所示，该阀系活塞组件主要由支撑片1、星形弹簧片2、补偿片3、活塞4、活塞螺母5、高速节流阀片6、浮动阀体7、复原阀弹簧8、复原阀弹簧螺母9 等组成。

图1 减振器活塞组件Fig.1 Shock absorber piston assembly

其中活塞、高速节流阀片、复原阀弹簧等为主要调试件。复原阀弹簧螺母拧紧力矩为22 N·m。活塞组件主要决定减振器复原行程的阻尼力，活塞槽节流面积决定低速复原力及开阀点的先后，螺母高度调整垫片与复原阀弹簧决定中速复原力的大小，高速复原力主要由活塞孔的面积决定。

如图2 所示，底阀组件主要由螺钉1、垫片2、中速阀片3、低速节流阀片4、底阀5、补偿片6、锥形弹簧7、底阀螺母8 等组成。其中中速阀片、低速节流阀片、底阀为主要调试件，底阀螺母拧紧力矩3 N·m。压缩组件主要决定减振器压缩行程的阻尼力，从低速到高速各速度段阻尼力决定部件依次是节流阀片、中速阀片和底阀孔的面积。

图2 减振器底阀组件Fig.2 Shock absorber bottom valve assembly

3 异响研究

根据上文分析，减振器本身阀系结构和传递路径是异响的主要来源，基于先易后难的排查原则，先排查传递路径，再对减振器本身阀系结构进行研究。

3.1 异响传递路径研究

异响由减振器内部产生，然后顺着活塞杆传递到减振器上支撑座，减振器上支撑座再将异响传递给车身轮罩，车身轮罩将异响扩大再传递到人耳。

为研究传递路径，做了3 个方案：（1）将橡胶上支撑座更换为聚氨酯上支撑座；（2）在支撑座与车身之间加橡胶垫；（3）在轮罩内部贴隔音材料。具体评价结果如表2 所示。

表2 改善传递路径异响主观评价表Tab.2 Subjective evaluation for improving abnormal noise of transmission path

由评估结果可知，更换聚氨酯上支撑座对异响改善不大，由于没有不同刚度上支撑座可供评价，所以未对不同刚度上支撑座进行评价。在支撑座与车身之间加装橡胶垫可以降低异响程度，抖动感觉也有一定改善。在轮罩内部贴隔音材料，可以隔离一部分异响，同时可以改变声音的清脆度，声音略微发闷。虽然各个方案都有一定改善，但并不能使异响达到满意的程度。叠加方案效果最好，但还是能够听到异响，不能满足挑剔消费者的要求。通过试验可以看出，优化传递路径也是一种异响解决的方法，可以从其他方面进行更进一步的研究。

3.2 更换阀系

某公司开发了多款车型，除了该车型应用的普通弹簧阀系外还应用了其他阀系减振器。通过对比发现，线性阀系减振器低温异响效果最好，线性阀系中没有复原阀弹簧及复原浮动阀体、螺母高度调整垫片等组件，结构比较简单。线性阀系又称为纯阀片阀系，该阀系活塞组件仅由支撑片、补偿阀片、低速节流阀片、中速阀片与活塞组成，线性阀系活塞组件结构如图3 所示

图3 线性阀系减振器活塞组件Fig.3 Piston assembly of linear valve system damper

将该纯电动汽车减振器活塞组件更换为线性阀系活塞组件，底阀组件维持不变，然后将减振器进行组装，将更换阀系的减振器装车后进行异响评估，结果如表3 所示。

表3 更换活塞组件异响主观评价表Tab.3 Subjective evaluation of abnormal noise when replacing piston assembly

更换了线性阀系活塞组件的减振器在车上的异响表现较好，完全达到了可以接受的程度。经过随机颠簸路面时，只有当加速度很大时才会发出异响，一般颠簸路面情况下异响几乎消除。由于只是将活塞组件进行简单更换，并没有经过专业减振器调校工程师对阀片进行调整与匹配，所以该减振器的舒适性能表现并不好，与车身运动不匹配，冲击与抖动控制也不好。

通过该试验可以发现，导致减振器低温异响的主要部件为减振器活塞组件，底阀组件对低温异响贡献较少。

3.3 阀系结构研究

由于导致减振器低温异响的主要部件为减振器活塞组件，故此对阀系结构的研究主要集中在活塞组件，而活塞组件的主要调试参数为活塞槽节流面积、复原阀弹簧与活塞孔面积，这3 个参数分别决定复原低、中、高速的阻尼力。

原车安装的减振器低速节流面积为1.6 mm2，另外选取节流面积0.80、1.20、2.04、2.40 mm2进行对比评估，结果见表4。

表4 低速节流面积异响主观评价表Tab.4 Subjective evaluation of abnormal noise of low-speed throttle area

减小节流面积会使异响变严重，随着节流面积增大异响有所缓和，后续还对更大的节流面积进行了评估，但异响改善结果没有进一步明显提升。

原车装的减振器复原弹簧刚度为29.6 N/mm，另外选取刚度值为20.0、41.6、50.4 N/mm 的复原弹簧进行对比评估，结果见表5。

表5 复原弹簧异响主观评价表Tab.5 Subjective evaluation of abnormal sound of rebound spring

随着复原阀弹簧刚度增加，异响出现的频次降低，稍小的颠簸异响不明显，大颠簸异响依然存在，且响度基本没有减弱。复原阀弹簧刚度太大，车身运动不流畅，舒适性不理想。

经过评估，活塞孔的变化对异响影响不大，此处不再详细列举。另外对减振器的充气压力和复原弹簧螺母拧紧力矩也进行了评估。充气压力增大，低温异响略有改善，但效果不是很大。复原弹簧螺母拧紧力矩增大的效果和更换大刚度的复原弹簧结果类似，可以降低异响出现的频次但响度相当。

4 结论

本文对汽车减振器低温异响问题进行了研究，主要从异响传递路径和减振器结构本身进行了一系列的试验研究，结论如下：

（1）改善传递路径可以降低低温异响程度，可以从减振器上支撑座、车身轮罩方面进行改善；（2）纯阀片阀系的减振器低温异响很轻微，弹簧Blow-off 阀系低温异响较差，通过阀系重新匹配可降低异响程度，但是不能完全消除异响；（3）增大低速节流面积可减轻异响程度；增大复原弹簧刚度、增加复原弹簧螺母拧紧力矩可降低异响出现的频次，但响度相当；充气压力增大，低温异响略有改善，但效果不理想；（4）本次研究结果是基于该款纯电动汽车，车辆参数不同可能会有不一样的趋势，研究结果供异响排查参考使用。