某新能源车控制臂衬套异响问题分析

高 龙，汪翰明，邹红军

某新能源车控制臂衬套异响问题分析

高 龙，汪翰明，邹红军

（奇瑞商用车（安徽）有限公司，安徽 芜湖 241000）

某新能源车型在北方市场冬季环境下，常规小起伏路工况及制动工况均会出现“咯吱咯吱”的异响，文章利用故障树分析法从车辆使用环境、衬套结构等方面开展分析和验证，锁定了衬套结构设计不合理是异响的主要原因。在衬套结构改进后，进行了与衬套相关的性能测试，如：低温拔脱力、衬套刚度、疲劳耐久、综合路试等相关性能验证。同步也进行了整车操纵稳定性和行驶舒适性验证，以确保衬套结构变化不会引起的其他性能发生显著变化。最后，通过监测改进后售后市场异响问题的投诉率：在改进并完成切换的6个月后，售后市场的投诉数量已从第一年一到三月的116例投诉有效降低至第二年一至三月的1例，投诉率有明显的降低，由此证明了此方案的有效性。

新能源汽车；控制臂；衬套异响；问题分析

随着我国汽车工业近几年的蓬勃发展，人们对汽车的性能也开始越来越重视。其中，汽车行驶品质的好坏是一项人们购买汽车的重要指标。在汽车行驶品质中，异响是人们可以通过感官直接感受到的一种质量问题。异响不仅影响行驶感受，同时也会造成较大的安全隐患。本文围绕某款车型售后市场出现的异响问题开展分析，通过数据分析对比、实车排查、零件拆解等手段锁定异响的来源。其次，我们利用分析法（Fault Tree Analysis,）[1]罗列出相关异响因素并逐一排查，在锁定最终原因后，提出了相应的解决方案。最后通过切换后的售后投诉数据跟踪，证实方案的有效性。

1 异响问题的排查

1.1 异响问题的描述

某款销售到北方寒冷地区的新能源车型前悬架存在异响现象，经过调研，用户普遍反馈车辆购买行驶一段时间后，车辆前舱下端出现“咯吱咯吱”的异响。其发生的主要工况为常规制动时及路面凹凸不平时。

1.2 异响问题的数据分析

通过售后系统数据统计，客户对异响的投诉总数为116例，其中河北、河南、山西、山东等地区投诉量偏高（见图1），分别占据了总投诉量的28.4%、21.5%、17.2%、12.06%。

图1 异响车辆分布图

1.3 异响问题的实车排查

为了找到异响的故障点，我们前往异响较多的河北张家口市，协调当地服务站，找到三台异响的故障车辆。通过使用听诊器（见图2），三台车异响声音最大的位置均在控制臂衬套位置。

图2 异响诊断设备

1.4 异响问题故障件的拆解

在锁定了异响源之后，将车辆的控制臂进行了拆解。通过观察发现，前后衬套均出现的明显了脱出现象（见图3）。至此，此异响的位置已基本锁定。

2 异响问题的原因分析

2.1 衬套异响故障树的建立

采用FTA（见图4）对衬套异响进行研究。从结构上来说，衬套本体由橡胶和金属套管通过硫化[2]工艺成为一体，衬套与控制臂套管之间通过压装产生过盈配合，控制臂与副车架之间通过力矩紧固。而异响产生的可能原因可以分为1：力矩衰减；2：副车架或控制臂配合尺寸不合格；3：衬套压脱力不合格；4：低温异响；5：衬套结构设计不合理。

图4 衬套异响故障树

2.2 衬套异响故障树的分析

根据衬套异响故障树分析的底事件问题运用反向证明法进行逐一排查。

2.2.1力矩衰减

将控制臂与副车架连接点力矩重新紧固，通过实车动态路试发现异响仍然存在，故此原因非主要原因。

2.2.2副车架或控制臂配合尺寸不合格

通过使用检具对控制臂压装后衬套位置，副车架开口尺寸，副车架安装面平面度等关键尺寸进行测量[3]，尺寸均合格，故此原因非主要原因。

2.2.3衬套压脱力不合格

根据设计定义，衬套的压脱力要求为≥4.5 kN，我们将此前从张家口带回的三套件中随机抽取了4个衬套进行了压脱力测试。测试结果如表1所示。

表1 衬套压脱力

编号测试项目测试结果/kN结论 1#2#压脱力（≥4.5 kN）4.13.7不合格 3#4.0 4#3.8

根据以上测试结论可见，压脱力结果均不合格，故此原因是造成异响的主要原因。

2.2.4低温异响

在研究讨论的过程中，通过温度数据分析发现这些投诉量较高的主要地区，其冬季平均环境温度及最低温度均明显偏低（见图5）。因此结合历史经验及此温度数据推断，此异响与低温有比较紧密的联系。为了验证这一推断，对同样的4个衬套开展了低温拔脱力测试（见表2），发现衬套在低温情况下，衬套的压脱力平均下降25%。

图5 异响主要城市冬季温度

表2 低温状态下衬套压脱力

编号测试项目测试结果（-30 ℃）/kN结论 1#2#压脱力（≥4.5 kN）3.02.9不合格 3#2.8 4#3.2

综合售后市场冬季温度及低温压脱力的变化，可以确定，低温也是造成异响的主要原因。

2.2.5衬套结构设计不合理

原车衬套方案没有钢质外骨架，仅依靠橡胶（压装前外径Ø37，压装后Ø34，如图6所示）与控制臂刚套的弹性过盈配合而产生的圆周摩擦力以抵抗控制臂工作时所产生的扭转力和轴向力[4]。当工作环境温度过低时，橡胶的硬度变硬，拉伸率降低，其圆周弹性形变能力变弱，配合表面的圆周摩擦力不足以抵抗控制臂工作时的扭转力时，则配合面就可以发生相对转动，从而产生不连续的轴向窜动。在窜动的过程中，衬套的橡胶部分与金属管内壁的摩擦产生了异响声。故此原因为主要原因。

图6 衬套的压装尺寸

2.3 衬套异响问题的改进方向

综合前文所做的相关验证及分析，可以确定此异响产生的主要原因为因温度较低，导致衬套压脱力性能降低，同时由于衬套的结构设计原因，无法限制衬套在套管内的轴向移动，导致最后异响的产生。为了解决这些综合原因产生的异响，我们对衬套结构进行了重新设计优化。衬套结构设计要点在满足基本的耐久等性能的前提下，需满足三个要点：1）可以耐低温；2）压脱力满足；3）具备限位结构。

3 异响问题的解决及相关性能验证

3.1 衬套结构的优化

根据前文所述的三个设计要点，提出相应对策：因为金属低温的变形量相比橡胶要好，所以将衬套增加钢制外骨架。此结构由橡胶翻边结构更改成衬套外套管结构[5]。同时将过盈量优化，衬套钢质外骨架与控制臂钢套的刚性过盈量为0.1～0.5 mm，增大压脱力。考虑到轴向窜动问题，外骨架端部是翻边结构，表面有橡胶层。压装时，两个衬套的翻边侧一个向前，另一个向后，起到双向限位之作用。根据前述结构优化方案，优化后结构如图7所示。

图7 衬套的改进结构

3.2 压脱力的提升

通过结构的更改，衬套的压脱力有明显的提升，且在低温状态下，衬套的压脱力未发生较为明显的变化，由此可证明，此方案可有效地解决衬套窜动问题。压脱力变化如图8所示。

图8 衬套压脱力变化对比图

3.3 刚度及耐久测试

针对控制臂衬套开展刚度测试，径向刚度、轴向刚度及扭转刚度通过内部结构调整橡胶硬度[6]等方法，刚度与无外骨架衬套方案基本保持一致。随后针对衬套进行台架疲劳耐久试验[7]，测试次数为70万次，测试方向为径向+扭转。通过台架疲劳验证，衬套耐久性能合格，衬套刚度损失未超过15%，如图9所示。

图9 耐久试验后的衬套

3.4 路试验证

新开发衬套原本计划仅进行6 000 km的强化路道路试验，因无专车试验，故搭载至综合路试车，此次路试前9 000 km是综合路，后6 000 km是强化路，总计15 000 km。整个试验过程，衬套未发生异响、疲劳开裂等相关问题，方案验证合格。

3.5 操稳性能验证

由于衬套结构的更改，虽然刚度未能发生较明显的变化，但是由于控制臂衬套影响操稳及行驶舒适性能[8]，所以需要开展相关性能测试，以确认对整车性能无相关影响。经过性能测试，衬套最后经过操稳性能确认，选定硬度为（65±5）HA。

3.6 售后市场的反馈

衬套经过3个月的改进，于同年6月份完成生产现场库存切换，来年二月，售后市场仅反馈1例低温异响问题，经过售后市场调研，此例为原故障批次，未及时前往4 s店进行更换所致。

4 结语

本文对售后市场出现的衬套异响问题，通过数据分析、故障复现、实车排查等手段，锁定异响源头。再针对异响问题通过故障分析法锁定最终原因。最后通过衬套的结构该进，有效地解决衬套的异响问题。因衬套影响因素较多，除了自身的耐久、刚度等性能外，还涉及整车操稳，舒适性等，所以当衬套结构发生变化时，一定要对更改后的结构、性能进行充分验证。本次改进后的状态，有效解决售后市场的衬套低温窜动异响问题，大大地降低了市场的售后抱怨率，并为后续的开发提供了有效的参考。

[1] 全国统计方法应用标准化技术委员会.故障树名词术语和符号:GB/T 4888－2009[S].北京:中国标准出版社,2009.

[2] 何方科,胡余优,李剑,等.汽车衬套用不同硫化体系天然橡胶胶料的粘接性能[J].橡胶工业,2021,68(10): 760-763.

[3] 肖芳,冯擎峰,胡峥楠.摆臂与副车架松动异响问题的分析与对策[J].中国汽车,2018(8):34-36.

[4] 王宵锋.汽车悬架和转向系统设计[M].北京:清华大学出版社,2015.

[5] 邓利忠,钟秤平,黄超勇,等.某车型前下控制臂前衬套异响问题研究与优化[J].汽车实用技术,2022,47 (11):86-90.

[6] 陈宝,张鑫,代正莉,等.硬度对橡胶力学特性与悬架衬套刚度的影响[J].噪声与振动控制,2020(6):222-227.

[7] 魏志刚,朱雪冰,陈效华,等.汽车控制臂后衬套台架试验疲劳寿命分析[J].机械工程学报,2016(6):81-89.

[8] 李林华.橡胶衬套刚度对悬架K&C特性及整车操纵稳定性的影响[D].长沙:湖南大学,2011.

Analysis of a New Energy Vehicle Control Arm Bushing Rattling Problem

GAO Long, WANG Hanming, ZOU Hongjun

( Chery Commercial Vehicle (Anhui) Company Limited, Wuhu 241000, China )

In the winter environment of a new energy model in the northern market, the conventional small rolling road conditions and braking conditions will appear "squelch" abnormal noise.The paper uses fault tree analysis to analyse and verify the vehicle's operating environment, bushing structure and other aspects, and identifies the bushing structure as the main cause of the noise. After the improvement of the bushing structure, performance tests related to the bushing are conducted, such as low temperature pull-off force, bushing stiffness, fatigue endurance, comprehensive road test and other related performance verification. Simultaneously, the vehicle's handling stability and driving comfort are also verified to ensure that the bushing structure change do not cause significant changes in other performance. Finally, the aftermarket complaint rate is monitored:six months after the changeover is completed, the number of complaints in the aftermarket had effectively dropped from 116 between January and March of the first year to one between January and March of the second year, a significant reduction in the complaint rate, thus demonstrating the effectiveness of the programme.

New energy vehicle; Control arms; Bushings rattles;Problem analysis

U463.33

A

1671-7988(2023)20-117-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.020.023

高龙（1986－），男，硕士，工程师，研究方向为乘用车底盘设计开发及底盘性能调校，E-mail:gaolong2@ mychery.com。