某车型前减振器失效分析与改进

席思文

（吉利汽车研究院（宁波）有限公司，浙江宁波 315336）

0 引言

减振器是汽车底盘悬架系统的重要部件之一，目前应用最广泛的是液压筒式减振器。筒式减振器又分单筒式和双筒式，应用更多的是双筒式减振器。减振器安装在车桥与车身之间，起到降低共振幅度、衰减振动的作用[1]。

减振器的失效形式多种多样，文献[2]对商用车常见故障进行了统计分析；文献[3]对因减振器活塞杆共振产生异响的问题进行了分析解决；文献[4]对储油筒开裂漏油问题进行了分析优化；为了避免整车道路耐久试验过程中由于减振器过热而产生实效，文献[5]介绍了一种监测减振器温度的方法。

1 问题描述

某车型在完成整车道路试验后检查时发现，车辆以40～60 km/h的速度经过普通沥青路面，车辆右前底盘“隆隆”异响。经排查，该异响来源于前支柱总成，而前支柱与该异响可能相关的零件包括弹簧垫、防尘罩、上支座、缓冲块和减振器等。导致该异响问题的可能原因的鱼骨图如图1所示。

图1 支柱异响原因分析鱼骨图

对支柱总成进行拆解分析，弹簧垫、防尘罩、上支座和缓冲块未发现有异常，减振器的阻尼力示功图有明显的异常，畸形，如图2所示，正常的示功图应该圆滑饱满。为了确认异响问题是否与减振器有关，用一个新的减振器与原弹簧垫、防尘罩、上支座和缓冲块进行装配成支柱总成，重新装车验证，异响消失，确认了减振器是导致该异响问题的原因。

图2 减振器失效件示功图

图3 失效的回弹缓冲垫圈

将减振器进行拆解后，发现内部的回弹缓冲垫圈破损，如图3所示的黑色零件。回弹缓冲垫圈的作用主要是在汽车车轮下跳到极限时进行缓冲限位。

2 原因分析

针对回弹缓冲垫圈的破损问题，需要查找产生的原因。以下从所用原材料、零件尺寸和台架试验条件等方面进行分析。

2.1 材料分析

回弹缓冲垫圈所用的原材料为丁腈橡胶（NBR），其物性检测结果如表1所示。根据检测结果表明，原材料的所有物性都满足设计要求。

表1 原材料物性检测结果

2.2 尺寸检测

由于故障件已经破坏，无法直接对故障件进行检测，抽取3个同批次生产的回弹缓冲垫圈进行尺寸检测，检测结果如表2所示。检测结果表明，尺寸都满足设计要求。

表2 尺寸检测结果

2.3 台架耐久试验

根据原来定义的试验条件（频率：2 Hz，载荷：0～3 000 N，次数：10万次）进行台架耐久试验，试验完成后，回弹缓冲垫圈未出现开裂破损等问题，结果合格。

为了确认原来定义的试验条件是否与整车匹配，先进行整车路谱采集[6]。将采集的整车路谱应用Ncode软件通过穿流计数法进行统计，统计回弹缓冲垫圈受载荷的情况，结果如表3所示。根据表中数据可以看出，回弹缓冲垫圈所受载荷次数多的主要集中在3.5 kN以下，在3.5 kN以上的载荷次数较少。

表3 整车路谱中统计的缓冲垫圈所受的载荷和次数

用等效损伤的原理，根据整车路谱载荷对回弹缓冲垫圈的台架耐久试验条件进行提取转化后如下：

频率：2 Hz；

条件1：0～3 500 N，10万次；

条件2：0～6 500 N，5 000次；

条件3：0～12 000 N，500次。

按以上试验条件，用目前设计方案的回弹垫圈进行台架耐久试验。试验后，回弹垫圈出现与路试车同样的失效问题。

基于以上分析，该车型前减振器异响的原因是由于减振器内部的回弹缓冲垫圈破损失效，导致减振器阻尼力异常，而回弹缓冲垫圈的失效原因是由于目前的设计方案无法满足整车道路试验的耐久要求。

3 结构优化设计

根据以上减振器失效原因的分析，结合减振器的工作原理，对回弹缓冲垫圈进行优化设计。由于受减振器尺寸限制，不能通过调整零件尺寸来解决该问题，因此只能通过更改材料来解决，而零件的回弹缓冲功能要求所选用的材料不能太硬，要跟原设计的材料NBR的硬度接近。综合这些因素，优化设计方案选用的材料是TPU。TPU与NBR的材料物性对比如表4所示。两个材料的硬度接近，在拉伸强度、扯断伸长率和撕裂强度性能方面，TPU比NBR材料好。

表4 NBR和TPU材料物性对比

优化设计方案的结构如图4所示。中间的圆孔与活塞杆配合，外侧的5个圆弧形结构是为了方便减振器油液通过。有的车型减振器回弹限位采用液压缓冲结构[7]，但该结构成本较高。

图4 改进后的回弹缓冲垫圈

4 试验验证

回弹缓冲垫圈在减振器下跳到极限时起缓冲作用，优化设计方案经整车操稳性能工程师进行主观评价后，认为限位冲击感与原设计方案无差异[8]。以下从耐久可靠性方面对优化方案进行验证。

4.1 台架耐久试验

优化设计后的回弹缓冲垫圈，用整车路谱载荷转化的试验条件进行台架耐久试验，试验完成后，回弹缓冲垫圈没有出现开裂破损，结果合格。

4.2 整车道路试验

优化设计后的回弹缓冲垫圈，进行整车道路试验搭载验证耐久性能，完成全部验证里程后，未出现减振器异响问题。将减振器拆下进行阻尼力检测，示功图圆滑饱满，如图5所示。对减振器进行拆解，内部的回弹缓冲垫圈未出现开裂破损，结果合格。

图5 路试后的减振器示功图

5 结束语

通过对减振器失效原因的分析和设计改进方案的验证，为汽车减振器设计和失效问题排查解决提供依据，研究结果表明：

（1）减振器内部的回弹缓冲垫圈的台架试验，通过实车路谱采集转化的试验条件与整车路试载荷更接近，可以作为减振器台架试验条件的参考设计方法；

（2）改进后的回弹缓冲垫圈，可以作为减振器设计的参考结构，对减振器的设计具有参考价值。