某车型前下控制臂前衬套异响问题研究与优化

邓利忠，钟秤平，黄超勇，黄 刚，杨逸航

某车型前下控制臂前衬套异响问题研究与优化

邓利忠1,2，钟秤平1,2，黄超勇1,2，黄 刚1,2，杨逸航1,2

（1.江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330001；2.江西省汽车噪声与振动重点实验室，江西 南昌 330001）

某车型在下车体涉水后，以低速10 km/h～25 km/h连续经过减速带，随着前轮上抬，车辆前悬挂受力拉升时，车内能明显感知到前部位置出现类似橡胶挤压的“嘎吱嘎吱”异响，车速越高声音越明显，声音出现后，在颠簸路面上连续行驶约1 km，该声音会慢慢变小直至消失。但是当车辆在未涉水情况下以同样工况经过路面时，声音没有出现。通过临时改制对故障件衬套前套管与橡胶接触位置增加铁丝，加大其干涉量，确认该异响为摆臂前衬套翻边的橡胶涉水后，与衬套内套管摩擦关系发生变化，产生异常的挤压滑移导致的。对前悬挂系统结构分析、排查并整改验证，确认摆臂前衬套内套管及其与翻边橡胶的干涉量是导致该异响的关键因素。将摆臂衬套的结构由原来带橡胶翻边结构更改至法兰平面架构，主观上对其进行批量评估，均未发现异响。

前衬套；减速带；控制臂；衬套异响；车辆前悬挂；优化设计

橡胶衬套总成在汽车悬架系统中的应用非常普遍，也是很重要的部件之一，其压装到相应部件内起到隔离振动和连接部件的作用，尤其在汽车工业发展迅速的今天，人们对整合噪声、振动与声振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）的要求越来越高，车内静音水平及其声音品质成为车内舒适度的重要考量指标，因此，摆臂衬套橡胶部分挤压产生的异响逐渐被客户识别并且抱怨。与此同时，随着中国基础建设的大力发展，当前中国的道路条件越来越好，运行车速不断上升，道路上减速带越来越多，在雨天底盘涉水后，在低速经过减速带或者短坡路面时出现的摆臂衬套的异常挤压的声音会被更高频率地触发，车内人员会对此声音更加容易识别，长期以往会对该声音产生厌恶，从而产生抱怨，进而使汽车的驾驶舒适性急剧下降。

前控制臂总成主要用来传递横向和纵向的载荷，控制车轮与车身的相对运动，其中橡胶衬套总成压装到控制臂。控制臂通过衬套与车辆结构件相连接，衬套橡胶和衬套内骨架通过特殊工艺硫化成一体，因此，作为枢纽的衬套在车辆运动中受力情况非常复杂，其主要承受加速及制动过程中的轴向力及径向力，并需要跟随悬架运动而产生偏摆力矩及扭转力矩。

本文以某款前置前驱承载式车型搭载的带翻边结构的前摆臂衬套的控制臂作为研究对象，针对该车型在涉水状态下经过连续减速带时，从连续经过减速带时的受力分析，通过临时方案对摆臂前衬套的前外套管缠绕铁丝进行隔离后，异响消失。最终通过优化摆臂前衬套的结构，使异响问题得到解决，后续量产过程中未发现有异响复现。

1 悬挂前控制臂衬套结构与问题特征

1.1 悬挂前控制臂前衬套

衬套在汽车行业被广泛使用，尤其在汽车底盘总成连接中发挥不可或缺的作用，它可为车内人员提供汽弹性衬套广泛应用于汽车零部件，起到传力、缓冲、减振等作用。

本文分析的前控制臂结构如图1所示，控制臂前衬套与副车架通过螺栓向连接，控制臂后衬套与车身向刚性连接，控制臂另一侧与减振器支柱球头螺栓连接。

①－控制臂前衬套；②－控制臂后衬套；③－控制臂；④－控制臂第三接点；⑤－副车架。

图1 前控制臂布置形式

1.2 问题特征描述

样车在开发投产阶段驾评发现，车辆衬套在涉水环境下，车辆在低速经过减速带时，车辆前下部出现明显的“嘎吱”挤压异响，该异响出现时间较长，需要连续在颠簸路面上行驶10 min～20 min后，异响会慢慢消失，但是车辆在完全不涉水的条件下，没有出现该声音。

利用排查异响源的异响听诊装置（如图2所示），对该异响源进行排查，确认摆臂前衬套与副车架连接位置最明显，结合整车车内声音品质，声音与车内识别对应最明显，由此判断该问题与摆臂衬套的相关性极高。

图2 异响听诊器识别装置

1.3 异响路面描述

该路面的特征为方向偏大，频率集中在25 Hz以内，峰值频率为向10 Hz～15 Hz，加速度0.27。车辆连续经过该路面（如图3所示）时，整车的径向和轴向不断受力，导致整车产生翻滚挤压。

图3 实际异响路面

2 问题分析与解决思路

2.1 问题分析

该车后衬套纵向布置，李春明等[1]提到车淋雨后经过减速带时控制臂外点随轮心不断跳动，带动控制臂前点外管扭转，从而使前衬套翻边侧橡胶与外套管端部之间产生摩擦挤压，淋雨后衬套表面摩擦系数变小，位移量较大，产生挤压相对滑移从而产生异响。

通过对下车体副车架及其控制臂前衬套（如图4(a)所示）尺寸配合结构（如图4(b)所示）及其工作特性分析，因此，判断该异响问题主要机理为经过减速带时控制臂外点随轮心不断跳动，带动控制臂前点外管扭转，从而使前衬套翻边侧橡胶与外套管端部之间产生摩擦挤压，淋雨后因水与橡胶材料不兼容，衬套表面摩擦系数变小，位移量较大，产生挤压滑移产生异响。

图4 副车架与控制臂前衬套配合图

2.2 解决思路

通过上述分析，初步锁定原因后，庞剑等[2]对有异响样件在翻边衬套外套管增加一层铁丝圈（如图5所示），增加套管与橡胶件的干涉量进行改制，改制后样件在整车上试车，未能触发该异响，初步确认为因衬套翻边侧橡胶与衬套外套管之间存在间隙产生的滑移挤压异响。故针对该问题需要做以下排查：

（1）零件尺寸问题确认；

（2）相对滑移路径上优化；

（3）机构上设计优化。

图5 异响临时措施排查

2.3 问题点确认

2.3.1零件尺寸排查

该车的布置方式大致为控制臂前点插入副车架开口内（如图6(a)所示），如果副车架开口尺寸（如图6(b)所示）或者非控制臂衬套尺寸配合之间出现间隙，副车架与控制臂前点无法保证有足够的夹紧力对其进行夹紧固定，容易产生相对滑移挤压从而产生异响。针对以上对副车架的开口尺寸的排查（如表1所示）和摆臂前衬套的尺寸排查（如表2所示），排查结果均满足设计要求。由此可排除因尺寸超差引起的衬套与副车架开口侧的挤压异响。

图6 副车架与控制臂后衬套连接点开口位置及尺寸

表1 副车架安装点开口尺寸排查点

左侧开口/mm右侧开口/mm标准开口/mm 57.557.957.4～58.4 57.658.157.4～58.4

表2 控制臂前衬套尺寸排查点

检测项左侧/mm右侧/mm标准/mm 内套管孔内径14.2414.25φ14.2±0.15 衬套总成长56.7656.8157±0.25 外套管长度36.3436.9136±0.5 外径尺寸39.1139.01φ39.3±0.3 翻边衬套外径49.4649.29φ49.2±0.5

2.3.2前控制臂布置结构分析

分析控制臂总成衬套结构如图7所示。

图7 控制臂总成布置图

结合异响出现时路况下前控制臂结构受力情况分析，文献[3]的异响防控策略中提及当前衬套硬点受轴向载荷时，后衬套可提供轴向限位，导致前衬套轴向位移小。

3 整改验证

3.1 方案一：摆臂前套管加长

横向对比类似悬架结构且无故障的车型分析，如表3所示，前衬套套管过盈量是控制此异响较为关键参数，金根明等[4]提到衬套前套管加长增加其配合干涉量是一种较为有效的措施。

表3 控制臂前衬套尺寸对比

衬套有效长度/mm套筒有效长度/mm长度过盈量/双边/mm内管长度/mm橡胶法兰/mm 136.6644.007.3460.003.45 231.3549.0017.5055.223.10 326.6034.507.9042.602.97 437.6048.3010.7064.603.5 532.4040.408.0064.6010.00 636.0040.004.0057.005.20

本次整改方案中，将控制臂前套管长度由 40 mm延长至44 mm，长度过盈量/双边增加至7.34 mm，如图8所示。

图8 套管长度加长至44 mm方案对比

经过实车验证，将套管加长至44 mm后，进行了小批量的试装验证，在原异响工况下，主观车内异常噪声评价时均未出现该异响，且同时进行了台架试验，其他性能均未受影响。

3.2 方案二：前衬套加涂油脂

在前控制臂衬套（如图9(a)所示）表面增加一层MR3-800涂层（如图9(b)所示）。盛选禹等[5]提及该涂层可以减少水珠在橡胶表面的附着，可极大降低翻边衬套橡胶和外套管端部之间的摩擦系数，避免外套管与衬套间的摩擦异响，喷涂油脂后，车内主观对异响进行评估，异响消失。

图9 衬套涂油位置及油脂型号

3.3 方案三：衬套橡胶翻边结构更改至衬套外套管结构

该衬套主要承担侧向力的分解一起摆臂扭转的作用。金根明等[6]提出在正常行驶过程中该衬套主要负责摆臂扭转的引导，通过使用衬套外套管结构的衬套可以降低其衬套的扭转刚度，使其在运动过程中运动行程加大，使其不会受到明显的挤压变形，如图10所示。将方案三进行线上试装小批量验证，主观优化效果非常明显，在淋雨状态下均未发现有异响发生。

图10 前衬套内部结构对比

4 各方案对比分析

各方案经过对比分析均会对其他方面带来变化，进行周期、成本、投资等对比（如表4所示），经过对整个性能及其他方面综合评估，最终选择了前衬套带外套管（图10(b)）的方案用于解决该车型的异响问题。

表4 各优化方案对比分析

前衬套套管加长前衬套加涂油脂前衬套带外套管结构 成本/元11123 周期/月1 2 重量/g250 80 投资/万元1无24 属性不变不变不变 整车装配工艺套管加长，整车上装配有影响人工喷涂无法保证一致性无影响

5 结论

前控制臂衬套作为整车下车体较为关键的样件，因橡胶件在开发过程中需要兼顾耐久性能，耐久验证时间周期较为漫长，需要在开发前期密切关注控制臂衬套的结构设计、布置及相关匹配。

本文为了解决前控制臂衬套在涉水状态下经过连续颠簸的路面出现的挤压异响的问题，通过系统分析及试验验证，锁定衬套前套管与衬套橡胶的干涉量过小为造成此类异响的主要原因。最终通过优化设计结构，在结构上去除翻边结构的衬套，杜绝其与内套管端面产生挤压最终解决该异响问题。此研究对解决衬套类异响问题具有指导意义，为后续类似问题提供快速进行验证的思路及方案。

[1] 李春明.现代汽车底盘技术[M].北京:北京理工大学出版社,2013.

[2] 庞剑,谌刚,何华.车噪声与振动理论与应用[M].汽车工程手册・设计篇.北京:人民交通出版社,2001.

[3] TRAPP M,CHEN F.Automotive Buzz,Squeak and Rattle: Mechanisms,Analysis,Evaluation and Prevention[M]. Amsterdam:Elsevier, 2011.

[4] 艾维全,高世杰,王承,等.麦弗逊式前悬架的设计改进及分析[J].上海汽车,2004(8):26-28.

[5] 盛选禹,雒建斌,温诗铸.摩阻材料的研制及其静摩擦因数变化规律[J].清华大学学报(自然科学版),1997 (11):3-6.

[6] 金根明,贺晓钢.纵臂弹性衬套异响原因及改进措施[J].中国新技术新产品,2013(11):193.

Research and Optimization of Sound Problem of Front Bushing of Front and Bottom Control Arm of a Vehicle

DENG Lizhong1,2, ZHONG Chengping1,2, HUANG Chaoyong1,2, HUANG Gang1,2, YANG Yihang1,2

( 1.Jiangling Motors Company Limited, Nanchang 330001, China;2.Key Lab of Vehicle Noise and Vibration of Jiangxi Province, Nanchang 330001, China )

A vehicle continuously passed through speed bumps at a low speed of 10km/h～25km/h after wading in the car body. As the front wheels were lifted, when the front suspension of the vehicle was pulled up by force, a "crunch" sound similar to rubber squeeze can be clearly perceived in the front position. The higher the speed, the more pronounced the sound. After the sound appeared, drive continuously on a bumpy road for about 1km, and the sound would slowly become smaller until it disappeared. However, when the vehicle passed the road in the same condition without wading in water, the sound can not appear.By temporarily modifying the contact position between the bushing and rubber in front of the bushing of the faulty part, the wire was added to increase its interference amount, and it was confirmed that the abnormal sound was caused by the change of friction relationship with the inner casing of the bushing after the rubber wading on the front bushing of the swing arm, resulting in abnormal extrusion slip.The structural analysis, investigation and rectification verification of the front suspension system were carried out to confirm the key factors of abnormal sound caused by the interference between the inner casing of the front swing arm bushing and the flanging rubber.Finally, it was confirmed that the scheme of changing the structure of swing arm bushing from the original structure with flanging rubber to the structure with flange plane was evaluated in batches subjectively, and no abnormal sound was found.

Front bushing; Speed bump; Control arm; Bushing sound;Vehicle front suspension;Optimization design

TP206+.3

A

1671-7988(2022)21-86-05

TP206+.3

A

1671-7988(2022)21-86-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.021.016

邓利忠（1987—），男，研究方向为整车NVH异响性能正向控制，E-mail:ldeng10@jmc.com.cn。