李奕寶

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州510640)

0 引言

為改善汽車的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性，在懸架中都裝有阻尼元件，以起到衰減振動(dòng)的作用。目前，在大部分轎車懸架中，基本上都裝有減振器［1］。減振器是轎車中極易發(fā)生失效的元件，減振器失效的主要原因之一就是通過減振器異響表現(xiàn)出來。減振器異響在國(guó)、內(nèi)外減振器中均普遍存在［2］，減振器異響原因眾多且十分復(fù)雜，目前，業(yè)界將減振器異響主要?dú)w結(jié)為摩擦異響、氣流異響、液流異響和結(jié)構(gòu)異響4大類［3］。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，減振器異響的解決方法越來越多。

筆者以某轎車后減振器異響問題為研究對(duì)象，針對(duì)該轎車后減振器在整車路試過程中出現(xiàn)的異響問題，通過原因分析確定、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、改善樣件噪聲試驗(yàn)和整車路試評(píng)價(jià)驗(yàn)證等步驟最終解決該減振器異響問題。

1 問題描述

某轎車在以40 km/h速度經(jīng)過鋪裝石塊路面或其他不平路面時(shí)，在后排位置上明顯聽到懸架傳遞上來“噔噔噔噔”較沉悶的類似金屬敲擊的異響，如圖1所示。

2 原因分析

通過對(duì)懸架系統(tǒng)所有零部件進(jìn)行排查，確定異響由減振器產(chǎn)生并通過減振器傳遞到車廂內(nèi)部。為了進(jìn)一步分析異響源，結(jié)合該減振器外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析 (如圖2)，該減振器上端由螺紋與車體緊固連接，下端由橡膠襯套與下擺臂柔性連接，中間活動(dòng)部位由橡膠體和聚氨酯緩沖塊等彈性元件連接，在這些零部件沒有破損的情況下，減振器外部零件是不可能產(chǎn)生類似金屬敲擊的異響的。

結(jié)合上述分析情況及路試工況，對(duì)減振器本體阻尼器進(jìn)行高頻振動(dòng)試驗(yàn)，以模擬減振器在整車路試過程中的高頻率振動(dòng)。試驗(yàn)在MTS減振器試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，振動(dòng)頻率約15 Hz(正弦激勵(lì))，試驗(yàn)行程±5 mm，試驗(yàn)結(jié)果輸出減振器位移－阻尼力圖形曲線。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，阻尼器在復(fù)原行程中位移－阻尼力圖形曲線出現(xiàn)明顯的尖角異常，如圖3所示。根據(jù)減振器的工作原理可以得知，在復(fù)原行程中起主導(dǎo)作用的是活塞處的復(fù)原閥系。高頻振動(dòng)時(shí)減振器復(fù)原阻尼力曲線出現(xiàn)尖角、波動(dòng)反應(yīng)出減振器復(fù)原閥系可能出現(xiàn)松動(dòng)、變形等異常［4］。復(fù)原閥系的異常將使減振器產(chǎn)生異響。

針對(duì)上述情況，進(jìn)一步分析減振器復(fù)原閥系，以明確造成異響的根本原因。復(fù)原閥系結(jié)構(gòu)如圖4所示。從圖片中可以看出節(jié)流閥片與彈簧座貼合，由調(diào)節(jié)彈簧支撐，節(jié)流閥片中間沒有固定。當(dāng)減振器高頻振動(dòng)時(shí)，活塞做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由于減振器油液流過閥孔通道時(shí)的節(jié)流作用，將在上下油腔中形成壓差而產(chǎn)生減振器阻尼力［5－6］，由于調(diào)節(jié)彈簧剛度比較小且節(jié)流閥片中間沒有固定，節(jié)流閥片瞬間整體被推開而脫離活塞面，當(dāng)油液回流即減振器轉(zhuǎn)換壓縮行程時(shí)，節(jié)流閥片回落，撞擊活塞，從而導(dǎo)致異響。分析情況與減振器在整車路試時(shí)出現(xiàn)的異響情況完全吻合。

由此，針對(duì)該轎車后減振器異響的原因可以得出結(jié)論:減振器復(fù)原閥系出現(xiàn)異常，節(jié)流閥片中間沒有固定，當(dāng)減振器在壞路面路試過程中頻繁振動(dòng)時(shí)，節(jié)流閥片頻繁撞擊活塞，造成異響。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)以上減振器的異常分析，結(jié)合減振器的工作原理，對(duì)復(fù)原閥系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，如圖5所示，節(jié)流閥片貼合在活塞上面，兩者貼合面積加大，節(jié)流閥片中間被支撐襯管壓緊，節(jié)流閥片整體類似一懸臂梁，具有柔性的彈性功能，當(dāng)油液通過活塞孔時(shí)，節(jié)流閥片不再整體移動(dòng)，而是產(chǎn)生彈性形變。當(dāng)油液回流即減振器轉(zhuǎn)換壓縮行程時(shí)，節(jié)流閥片緩慢恢復(fù)原狀，而不是直接與活塞撞擊。這樣極大地消除了節(jié)流閥片與活塞的撞擊異響。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

基于減振器復(fù)原閥系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)裝配新的減振器進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)驗(yàn)證通過以下三個(gè)方面進(jìn)行。

4.1 高頻振動(dòng)試驗(yàn)

按照上述同樣的試驗(yàn)方法進(jìn)行高頻振動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)比分析試驗(yàn)結(jié)果位移－阻尼力曲線是否正常。試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看出在高頻振動(dòng)時(shí)位移－阻尼力曲線圓滑正常，說明優(yōu)化后的復(fù)原閥系結(jié)構(gòu)工作正常。

4.2 噪聲臺(tái)架試驗(yàn)

噪聲臺(tái)架試驗(yàn)在一隔音的試驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)工況如圖7所示，行程±50 mm、試驗(yàn)溫度20℃，測(cè)試減振器在中高速下的噪聲大小，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為減振器在速度0.6 m/s時(shí)噪聲小于66 dB(A)，試驗(yàn)結(jié)果通過測(cè)量機(jī)的減振器噪聲測(cè)試軟件系統(tǒng)輸出，試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。從圖中可以看出，最大噪聲為57.78 dB(A)，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 整車道路試驗(yàn)

將優(yōu)化后的減振器裝配到整車中進(jìn)行路試主觀評(píng)價(jià)，試驗(yàn)車速為40 km/h，試驗(yàn)路面選擇試驗(yàn)場(chǎng)的鋪裝石塊路面和城鎮(zhèn)普通壞路面，如圖9、10所示。在兩種路面上經(jīng)過多次主觀評(píng)價(jià)，原來存在的“噔噔噔噔……”異響消除。

以上，通過三個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)證了復(fù)原閥系優(yōu)化后的減振器異響改善情況，試驗(yàn)結(jié)果充分表明，優(yōu)化后的減振器異響消除、效果良好。

5 結(jié)束語

筆者針對(duì)某車型減振器異響問題通過高頻振動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果位移－阻尼力圖形曲線進(jìn)行分析，確定減振器異響問題原因，將造成異響的減振器復(fù)原閥系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，最后通過試驗(yàn)手段對(duì)優(yōu)化后的減振器進(jìn)行充分驗(yàn)證，結(jié)果表明異響問題得以改善。

通過文中的敘述，可以總結(jié)出以下經(jīng)驗(yàn)，為相關(guān)轎車減振器的設(shè)計(jì)和異響問題的解決提供依據(jù)。

(1)減振器異響的原因眾多，減振器位移－阻尼力圖形畸變可以引起減振器異響，利用減振器高頻振動(dòng)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)位移－阻尼力圖形的畸變，畸變?cè)絿?yán)重，減振器異響越大。

(2)閥系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)使位移－阻尼力圖形畸變，從而導(dǎo)致異響。

(3)通過整車道路試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)可以驗(yàn)證減振器異響問題。

【1】劉惟信.汽車設(shè)計(jì)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2001，505－506.

【2】曾慶東，梁海林.機(jī)動(dòng)車減振器設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000，175 －176.

【3】俞大衛(wèi)，羅金良.汽車筒式減振器異響成因分析［J］.兵工學(xué)報(bào):坦克裝甲車與發(fā)動(dòng)機(jī)分冊(cè)，2000(1):19－26.

【4】楊基忠，俞大衛(wèi).車輛筒式減振器高頻畸變特性研究［J］.兵工學(xué)報(bào):坦克裝甲車與發(fā)動(dòng)機(jī)分冊(cè)，2000(1):12－18.

【5】呂振華，李世民.筒式液阻減振器動(dòng)態(tài)特性模擬分析技術(shù)的發(fā)展［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2002，42(11):30 －70.

【6】張峻青，金達(dá)鋒，趙六奇，等.雙筒減振器非線性數(shù)學(xué)模型的研究［J］.工程機(jī)械，2002(11):16－18.