随着汽车制造技术的飞速进步,尤其是零部件制造精度与路面质量的双重提升,发动机与底盘引发的振动与噪声问题日益成为消费者关注的焦点。
在这一背景下,橡胶衬套作为底盘减振系统的核心部件,其重要性愈发凸显。汽车制造商在开发过程中,通常会经历零部件台架耐久测试与整车路试两个关键阶段,以确保产品质量的可靠性。
尽管台架测试能有效筛选初期设计缺陷,但偶尔会出现台架测试合格而整车路试失败的情况,这凸显了两者间模拟条件的差异。
某型号汽车的控制臂橡胶衬套在通过静态、动态刚度及台架耐久测试后,于整车强化路试阶段,行驶约5000公里时,两件衬套均出现开裂现象,导致失效。
为查明原因,团队首先对悬架系统的所有组件进行了详尽的尺寸、装配、受力状态检查,排除了装配、材质、工艺及尺寸误差等因素。进一步分析发现,路试与台架试验的样品虽属同一批次,但台架试验条件未能全面模拟整车路试的复杂环境。
通过对衬套裂纹的细致观察,确定裂纹源于橡胶在径向及摆转方向上的过度受力,表明原设计的性能参数与试验条件未能适应整车实际工况。
为验证此假设,团队利用路谱采集与悬架系统动力学模型仿真技术,获取了衬套在实际行驶中的受力数据。随后,借助nCode路谱分析软件,结合Miner线性损伤累积理论,重新定义了衬套的疲劳试验条件。对比结果显示,新定义的加载振幅与频率均显著高于原试验条件,见表1。
针对原设计不足,团队从两方面着手优化:一是增强衬套橡胶本体的静态刚度,以减少大载荷下的位移;二是优化动态刚度,保持良好的隔振效果。
具体措施包括增加橡胶本体的径向宽度与胶体体积,减小轴向厚度,并将阻尼孔由不对称改为对称结构,以分散应力。同时,将衬套内骨架由冷拔直管改为冷镦成型的中间弧形内管,以减少剪切应力,增加压缩成分。
仿真分析显示,新结构在相同边界条件下的应力和应变均显著降低,见表3。这表明结构优化有效提升了衬套的耐久性能。
为验证新设计的有效性,团队在实验室MTS多通道试验台架上进行了耐久疲劳试验。结果显示,新结构衬套在V2方向交变60万次、V1方向交变13万次后,均未出现裂纹,证明了其疲劳耐久性能的显著提升。
随后,新结构衬套被装车进行整车路试,同样顺利通过测试,且在特定工况下振动衰减时间缩短,整车NVH性能得到优化。这充分验证了新试验条件与整车路试工况的高度一致性,以及新结构设计在提升耐久性能方面的有效性。
本文通过实例分析,揭示了橡胶衬套在整车路试中失效的根本原因,并通过路谱分析、结构优化与试验验证相结合的方式,成功解决了问题。这一过程为类似问题的解决提供了宝贵经验:
个性化设计:不同车型应根据其重量、悬架结构等特性,通过路谱分析与动力学模型定制衬套的受力谱。