某微车后悬钢板弹簧共振分析及优化

林振华，黄金迎，伍马志，何煜

某微车后悬钢板弹簧共振分析及优化

林振华，黄金迎，伍马志，何煜

（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西 柳州 545007）

为解决某微车开发过程中，后悬钢板弹簧共振拍打异响问题，文章对问题进行实车测试、分析，并最终通过更改钢板弹簧消除该异响问题。该方法为同类产品开发问题提供重要的解决思路和参考依据。

钢板弹簧；共振

引言

钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件，它是由若干片等宽但不等长（厚度可以相等，也可以不等）和不等曲率的的合金弹簧片组合而成的一根近似等刚度的弹性梁。其作用是把车架与车桥用悬挂的形式连接在一起，起到缓冲和减振的作用，纵向布置时还有导向传力的作用。

采用钢板弹簧型式悬架的微小型车为保证既有一定的乘坐舒适性又有足够的承载能力，一般采用两段刚度的钢板弹簧，即钢板弹簧结构上分为主簧和副簧。轻载时只有主簧工作，刚度较小，乘坐舒适性较好；重载时副簧也参与工作，与主簧叠加形成较大的合成刚度，利于承载。

1 背景

某款微车后悬型式为钢板弹簧非独立悬架，钢板弹簧采用4片结构，前3片为主簧，每片等厚；第4片为副簧，中部较厚，两端逐渐变薄的不等厚结构；如图1所示。

图1 钢板弹簧总成

在该车型开发过程中收到试验部门反馈：一台试验车在某特定工况下，底盘后部有类似金属拍打异响。

2 故障排查与确认

首先检查故障车所有底盘零件，未发现有任何松旷及扭矩衰减情况。

然后按故障反馈的特定工况实车上路复现异响，并进行听辨，根据经验初步判断为钢板弹簧前端第4片拍打第3片产生异响。

最后对异响车钢板弹簧前端第3、4片之间加胶垫，再按上述特定工况行驶，异响未复现；再次去掉胶垫，按工况驾驶，异响复现；故可确认为该异响点。

3 理论分析与测试

（1）模态分析

UG NX中建立钢板弹簧单片自由状态三维模型，导入Hyper mesh进行网格划分，再导入Abaqus进行加载，模拟故障反馈的载荷工况，并求出此时第4片前端一阶模态为104.26Hz。

图2 有限元模型

图3 模态结果

从模态FRF（如图4所示）及模态振型图（如图5所示）可以看出板簧存在103Hz模态，模态振型主要表现为板簧前部振动较大，与前述故障排查得出的结论相吻合。

图4 模态FRF图

图5 模态阵型图

（2）实车测试

根据前述论断，在实车钢板弹簧前端第4片及周围相关零件安装传感器，按故障工况行驶，收集振动数据信息进行分析，可以看出钢板弹簧第4片前端：匀速工况故障车存在一条很明显的宽频带振动，@103Hz存在明显共振带（如图6所示）；加速工况故障车在某转速附近有一个明显6阶峰值，而且频率也在100Hz附近（如图7所示）。

图6 匀速工况时间 - 频率图

图7 加速工况转速 - 频率图

4 优化

经过分析验证，以及考虑成本及项目时间计划，最终决定通过更改钢板弹簧来解决该异响问题。

根据固有频率计算公式可知，通过更改板簧前端第4片刚度K或质量m来改变其固有频率，以避开其共振点。

综合考虑对车辆性能的影响，经过多方案对比，最终确定采用第四片中部加厚1mm的更改方案。

（1）新方案模态分析

UG NX中建立新方案钢板弹簧单片自由状态三维模型，导入Hyper mesh进行网格划分，再导入Abaqus进行加载，模拟故障反馈的载荷工况，并求出此时第4片前端一阶模态为92.91Hz。已避开某转速附近100Hz的6阶峰值。

（2）新方案实车评估

将新方案零件装配到异响车辆上，由试验部门进行实车评估。经过实车评估，新方案无异响。

3）结论

钢板弹簧第四片中部加厚1mm的更改方案可行。

5 总结

综上所述，钢板弹簧结构不合理是引起共振异响的根本原因。在新方案设计中，通过更改钢板弹簧厚度可以有效的改善钢板弹簧模态，避开共振模态。因此，通过本文中钢板弹簧异响问题分析及解决过程可以看出，钢板弹簧的模态是解决钢板弹簧异响的主要考虑方向。

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A mini car rear suspension leaf spring resonance analysis and optimizing

Lin Zhenhua, Huang Jinying, Wu Mazhi, He Yu

( Technology center of saic-gm-wuling automobile co., LTD, Guangxi Liuzhou 545007 )

In order to solve the rear suspension leaf spring resonance noise during the development of a mini van, a method of testing and analysis was taken in this paper, and finally solving the noise by change the design of leaf spring. This method proposed an important thinking and reference to the similar problem.

Leaf spring; Resonance

U467

A

1671-7988(2019)14-123-02

U467

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1671-7988(2019)14-123-02

林振华，就职于上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心底盘集成科，主要从事汽车底盘悬挂系统开发设计。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.040