汽车减振器低温异响问题研究
时间：2020-09-30 20:15:33 来源：达达文档网 本文已影响 人 
刘祖斌 曹春雨 刘振宏 张坤超
摘要：针对某车型右后减振器异响问题，分别从源和传递路径做了系统的理论分析和试验验证，确定了减振器低温下异常振动和轮罩刚度弱是减振器异响根本原因。为了从工程设计和产品管控上彻底规避减振器异响问题，制定减振器单体台架试验方法和相应的控制指标，同時对传递路径的关键影响因素提出了结构设计建议及目标。
关键词：减振器异响;车身刚度;传递路径分析;控制指标
中图分类号：U463.33+5.1 文献标识码：A文章编号：1005-2550（2020）02-0015-06
刘祖斌
毕业于吉林大学，硕士学位，目前就任中国第一汽车集团有限公司研发总院NvH研究所主任，主要研究方向为整车异响性能控制及操作声品质控制。
1前言
悬架异响，形成原因非常复杂，国内外对此均进行了一定的研究，但多数悬架异响的原因锁定在减振器上。文献分别从道路和台架试验对减振器异响进行了研究识别，找到了一些减振器异响的控制指标。文献将减振器噪声明确为一种类似鸽鸣的低频“咕咕”声，认为减振器内部气、液、固特性的急剧变化是产生异响-的最根本原因。文献则着重研究的减振器的结构噪声传递机理及模型。但是综合来看目前对后悬架减振器异响的研究依然没有定论，主要表现在对发生机理仍然比较模糊和存在争议以及应用的研究方法和手段尚不成熟两个方面。
与以往研究所不同，本文从源和传递路径两方面系统地进行了异响的成因分析，找出了导致异响产生的主要因素，减振器是产生异响的根源，而传递路径中，轮罩刚度弱形成的“击鼓效应”是主要原因。最后，为了从工程设计上彻底规避减振器异响问题，制定减振器单体台架试验方法和相应的控制指标，同时对传递路径的关键影响因素提出了结构设计建议及目标。
2异响问题分析
2.1异响问题主观评价
对发生异响问题的车辆，进行道路行驶主观评价。通过在多种路面行驶，确认该乘用车在气温低于-10℃，在小颠簸路面以低速10～20km/h行驶时，车辆右后部悬架处发出异响，随着外界温度的升高，异响明显减弱至消失。声音表现为类似敲鼓的“咚咚”声。
3原因分析
3.1异响信号采集分析
在车辆异响发生时，使用数据采集系统，采集车内后排的声音信号，并用声音编辑软件对采集的声音信号进行时频分析，得到图1a，并在音质评价室对声音频谱进行滤波回放，发现异响发生的频率在300-600Hz频带内，随着车辆的行驶，断断续续的出现。属于宽频噪声。
对图1a的时频信号进行声音回放跟踪，在车辆经过每一个宽频脉冲信号的位置时，均出现咚咚的异响而且这些异响是不连续的，随着车辆的行驶，随机出现，且在低温下的明显，常温下基本听不到，见图1b：
3.2原因查找
2.2.1减振器问题分析
对车辆后部可能存在异响的零部件进行排查，通过重新装配、拆除、互换总成，排除周边部件，如毛毡、油箱管路、护板、饰板等部件的可能性。锁定异响发生在减振器一上悬置一车身这一路径上，分析的过程如图2所示：
异响在低温（-10℃以下）下较为明显，从减振器到后排人耳的整个传递路径见图3，减振器和上悬置受温度影响性能差异较大，而车身、后备箱、包裹架等受温度影响很小。因此，对于激励源，着重分析减振器和上悬置。更换新的上悬詈、调整上悬置刚度等措施，通过道路主观评价，对异响基本无改善，因此，上悬置不是导致异响的主要因素。
在低温和常温两种温度条件下，通过整车道路试验，对减振器活塞杆上端头的振动加速度进行测量，测量结果如图4所示，从图中可以看出，在300～600Hz之间，低温下减振器活塞杆上端头的振动幅值要明显大于常温，减振器存在低温性能劣化的现象。
在低温下，通过整车道路试验对不同方案的减振器活塞杆上端振动加速度进行了客观测量，同时进行主观评价。客观测量结果如图5所示，主观评价结果如表1所示。从结果可以看出，活塞杆振动水平分别是方案A>方案B>方案C，主观评分结果是方案A<方案B<方案C，振动越大，异响越严重，主观评分越低，主、客观评价一致。
综上，减振器在低温下性能劣化是造成该车型后悬架异响的主要原因之一，通过调试减振器，对异响有一定改善，但不能根除。结合问题现象，相同减振器，左侧悬架无异响，可以推断出右侧传递路径上存在问题部件或总成。
2.2.2传递路径问题分析
（1）传递路径NTF分析
对左右减振器安装座进行激励，后排乘员人耳处拾取声音信号，测量从减振器安装点到后排乘员人耳处的NTF，测量曲线如图6所示。从图中可以看出在异响所处频段内右侧减振器安装点至后排人耳的传递率曲线出现多个峰值，整体也较左侧的传递率大。因此，确认右侧传递路径上有问题部件或总成，造成了异响的发生。
（2）异响频谱分析
从图3减振器安装点到后排乘员人耳处的传递路径可以看出，左侧和右侧传递到后排乘员人耳的路径中，后备箱、包裹架、座椅基本相同，而异响只发生在右侧，说明减振器安装座处车身联接点和附近轮罩的疑点最大，需重点分析。
在低温和常温下分别对减振器活塞杆上端头、减振器安装座对应轮罩钣金处的振动以及声音进行测量，测点如图7所示：
轮罩上正对减振器支座处振动频谱如图8所示，由图可以看出，振动加速度在低温下明显大于常温，在多个频率点出现峰值，如425Hz和495Hz附近。这是由于低温下减振器活塞杆振动明显变大，且异常振动的频率范围（见图4）覆盖轮罩局部模态，导致轮罩振动过大，形成“击鼓效应”。
右侧轮罩局部模态测试结果如图9，从曲线可以看出轮罩的局部模态非常丰富，在425Hz和495Hz附近有多个局部模态。
通过左右轮罩结构对比发现，右侧轮罩整体比左侧大（加油孔位于右侧），且轮罩缺少加筋和支撑结构，在减振器异常振动的敲击下，形成“击鼓效应”导致异响问题的产生。
3.3确定真因
综上所述，减振器在低温下性能劣化，振动变大是诱发低温异响的根源一一源因素;车身上悬置支座联接处轮罩刚度弱，且一些模态频率与减振器异常振动的激励频率相吻合或接近对振动和声音的放大作用（击鼓效应）是产生异响的主要原因——传递路径因素。
4解决措施和验证
4.1改善激振源一优化减振器
优化减振器主要从改善减振器油液的低温粘度和改进减振器阀系两个方面进行，共设计出5种不同的优化方案，在减振器测试台架（如图10）上对减振器顶端振动进行了测量，测试结果如表2所示，减振器方案1效果最优。
4.2改善传递路径一优化车身
图11为单自由度FRF图，从图中可以看出，提高系统刚度和质量均能降低整体振动幅值，而提高系统的阻尼，能有效的控制共振峰值。因此，对于解决前述异响问题，可以从增加轮罩附加质量、提高刚度和增加阻尼三个方面着手。
在减振器车身安装点轮罩附近焊接加强板，对局部刚度进行加强，并在两层钣金间附加阻尼材料，方案如图12所示：
4.3方案验证
選取方案1减振器和加强后的车身进行客观测试和主观评价，并与原车数据相对比。
4.3.1客观数据对比
加强后的车身安装方案1减振器，测试得轮罩处振动与原车状态振动对比如图13所示，对比发现体现方案的轮罩振动在异响频段明显降低。
4.3.2主观评价对比
在不同车身状态下安装不同的减振器进行道路主观评价，评价结果如表3所示。对比得出车身加强+方案1减振器效果最优，异响消除。与客观测试结果相吻合，证明方案有效。
5系统管控
为了从工程设计和产品管控上系统规避减振器异响问题，需要从减振器的选型和品控、车身设计两个层面进行工程指标控制。
5.1减振器性能管控
通过上述的研究和大量的数据积累，通过对台架上减振器端头的加速度值进行限值能够较为有效地控制减振器低温劣化，从而规避异响问题的发生。具体管控要求：-20℃，振幅±5mm，扫频8～13Hz（0.1Hz/s），100～400Hz范围内，端头加速度三※（出于技术保密，此值隐藏，下同）。
5.2减振器联接点刚度及轮罩结构
对于轿车，减振器联接点动刚度应不低于※N/mm，而轮罩处（特别是加油孔侧）结构应采用多筋结构或者在轮罩刚度较弱处增加加强筋，刚度不低于※N/mm。
6结论
（1）对于减振器异响问题，从减振器本身和传递路径两个方面分析和解决问题才是最彻底和系统的方式。
（2）减振器阀系在低温下容易产生异常振动，从而诱发异响。在产品控制中，应对减振器活塞杆上端头的振动量进行适当约束，制定目标限制，减少从减振器到车身上的振动传递。
（3）减振器与车身联接点动刚度和附近轮罩刚度弱（特别是加油孔侧）是导致异响发生另一个重要因素。因此，汽在进行车身设计时，一定要对车身联接点动刚度和轮罩刚度制定合理的目标值。
