汽车前减震器内部缓冲块优化

邵利伟

(上汽通用东岳汽车有限公司，山东烟台 264006)

0 引言

汽车减震器作为车辆行驶过程中衰减振动的重要部件，特别是汽车的行驶速度不断提高，减震器的作用更加重要[1]。为了限制汽车行驶过快，马路上经常会设置减速带，车辆在通过减速带时产生的振动和噪声，直接影响客户对车辆品质的评判。

1 噪声产生的机制和失效形式

1.1 噪声产生机制分析

文中分析的车辆过减速带噪声，出现的工况是车辆快速通过一种特殊的高减速带时，车辆前部产生一次非常大的噪声。车辆在普通路面以及过普通减速带时，均无该噪声。

车辆快速通过高减速带时，车辆在纵向有较大的运动,此时车轮和车身向相反的方向有相对运动，车轮和车身在纵向相对运动上靠悬架系统的减震器内部结构进行限位。

通过对减震器的结构分析，减震器在工作时，活塞杆在减震器缸筒内做往复运动：普通工况下减振器活塞在工作缸内往复运动，减振器壳体内的油液反复地从一个内腔通过窄小的减震器阀的孔隙流入另一内腔，形成对振动的阻尼力来衰减振动，这种普通工况下没有噪声产生。

当车轮和车身有较大的反向相对运动的极限情况时，减震器达到最大拉伸行程，限位结构撞击会产生噪声。减震器内部活塞杆上部的限位环会撞击减震器上部导向环，为保护减震器，在限位环和导向环之间设计了缓冲块，来吸收这种撞击。巨大的撞击会导致这种噪声产生，而同样冲击下噪声的大小，取决于缓冲块的缓冲能力，减震器结构如图1所示。

图1 减震器结构

1.2 缓冲块材料分析

进一步分析该款车型的限位块是天然橡胶材质，天然橡胶材料已经属于橡胶中动态性能较好的橡胶，如果通过降低橡胶硬度来提高缓冲能力，势必会导致耐久性能的下降。目前减震器内部尺寸有限，也不能通过盲目扩大缓冲块尺寸来提高吸收冲击的能力，因此，需要选取一种动态性能更好的材料来制作缓冲块，来缓冲车辆过高减速带时，减震器限位块带来的巨大冲击。

TPU聚氨酯(热塑性聚氨酯弹性体)作为一种新型合成高分子材料，现已广泛应用于汽车、航天、医疗、国防等领域[2]。TPU机械强度高，加工性能好,耐高温，耐油、耐老化，十分适合使用在减震器中。

2 聚氨酯材料缓冲块结构设计

2.1 缓冲块的结构受力

缓冲块在减震器内部，主要受限位环和导向环的纵向挤压，因此，提升缓冲块的纵向缓冲能力，可以减轻车辆过高减速带时的噪声。由于缓冲块安装在减震器内部，受减震器内径尺寸的限制，当前设计径向空间已经没有继续增大的空间，所以，缓冲块的优化只能从材料和形状优化的方向入手。

2.2 缓冲块的设计优化和评估方法

通过制作软模，做出快速样件。通过拉压试验机(图2)，对比缓冲块的压缩曲线，可以快速评估缓冲块的缓冲效果。

图2 拉压试验机

方案一：按照原来橡胶材料的尺寸，只将原来的橡胶材料，替换为聚氨酯材料，制作缓冲块，确认材料的缓冲能力确实有优化。

方案二：使用聚氨酯，在顶部和侧面增加波纹，提高缓冲块纵向的缓冲能力，经过数十种手工样件的制作，最终确定了缓冲能力最好的方案二。

2.3 设计优化结果对比

利用拉压试验机，测试样件的力学性能，测试结果发现，方案二的曲线更平滑，在同样受力的情况下，能够吸收更多能量，通过测试曲线对比得出结论，方法二的吸收冲击能力更好，结果如图3所示和图4所示。

图3 缓冲块更改方案

图4 压缩曲线

3 缓冲块的试验验证

3.1 实车噪声评估

将方案一和方案二状态的样件，制作成减震器总成，两种样件通过减震器基本性能测试后，装车进行实车噪声评估。

方案一装减震器进行整车验证，验证发现噪声较之前减轻，但还未达到理想效果

方案二装减震器进行整车验证，验证发现噪声较原始方案改善明显，较方案一也有一定程度的提升，达到可以接受的水平。

实车噪声评估结果与之前的台架测试的缓冲能力结果一致，最终采用方案二进行耐久试验。

3.2 耐久试验结果

将零件进行台架耐久试验，试验样件无撕裂并没有试验微粒分离出来，耐久试验后的零件力学性能测试和外观尺寸的均在要求范围之内，台架试验通过，如图5所示。

图5 耐久试验后零件状态

将装有样件的减震器，搭载到耐久车上进行整车耐久试验。整车耐久试验完成后，减震器没有任何的功能异常，且减震器通过高减速带时，缓冲效果仍能满足要求，整车耐久试验通过。

4 结束语

某车型通过高减速带时车辆前部产生噪声，利用结构分析、材料分析和台架试验等方法，完成了异响的失效分析、设计优化和方案验证的一系列过程。噪声和异响是汽车路试中一类常见的问题，此案例中介绍的思路和方法，改进周期短，验证效果好，可以供其他类似的噪声和异响问题参考和借鉴。