米德旺,張淑芳,樊 瑞,王小云,程 琳
(奇瑞汽車股份有限公司 試驗和整車技術工程院,安徽 蕪湖 241006)
汽車駕駛艙內噪聲值是汽車乘坐舒適性的重要指標之一。隨著生活品質的提高,人們對于汽車的NVH性能越來越重視,要求也越來越高。眾所周知,在汽車的NVH性能中,線束過孔密封性能是消費者關注的重點之一。線束過孔橡膠件如圖1所示,而線束過孔密封是通過橡膠件密封來實現(xiàn),因此要提高線束過孔密封性能,就要根據(jù)目標設計滿足NVH要求的線束過孔橡膠件。
圖1 線束過孔橡膠件
如需滿足NVH性能要求,需分析影響NVH性能因素,經(jīng)分析影響NVH性能的主要有兩大因素:①材料選取設計;②結構設計。設計的產(chǎn)品是否滿足NVH性能要求仍需各類驗證判定。因此本文從橡膠件材料選取、結構設計、試驗驗證3方面來闡述如何實現(xiàn)NVH性能提升。
汽車過孔線束橡膠件設計之初,經(jīng)分析影響橡膠件NVH性能的主要有材料和結構設計,同理材料選取之前需分析那些材料性能能滿足NVH性能要求,經(jīng)分析橡膠件NVH性能對材料選取有2個方面:①結構部位NVH性能對材料要求;②聲源頻段對材料的要求。以下是對材料選取的詳細分析。
圖2 復合材料橡膠件
橡膠件在線束廠裝配時大多需要擴孔器擴孔,待導線裝配后,擴孔器取出后要求橡膠件與線束密封[1],此結構要求橡膠件的壓縮永久變形較小,即橡膠件回彈性較好,根據(jù)線束設計線徑和導線裝配工時,要求選用100 ℃×22 h壓縮永久變形最大為50%的EPDM材料。
橡膠件是通過與鈑金的配合來達到密封的目標,在相同極限保持力情況下,因各種材料對聲源的不同頻段的聲源抵消不同,為滿足NVH性能,選用不同的材料來達到密封的效果,通過測試骨架選用PP-GF30材料,外骨架選用PA66材料,隔音圈選用特種復合材料,周邊選用熱性材料,主體選用EPDM材料。
綜上所述,根據(jù)橡膠件不同結構部位和各材料自身的聲源抵消特性,選用主材料為50度、常溫斷裂伸長率4 0 0%、常溫拉伸強度為1 0、100 ℃×22 h的壓縮永久變形最大為原來的50%的EPDM材料[2],骨架為PA66材料[3]和PP-GF30材料[4],周邊為熱塑性材料[5],密封圈為發(fā)泡材料的復合材料橡膠件(圖2)。
良好的結構設計能夠很好地規(guī)避NVH性能問題,因此橡膠件的結構設計是和橡膠件材料選取同樣重要。設計結構需根據(jù)NVH的性能要求和配合件的結構來確定,經(jīng)分析有4個配合因素影響NVH性能:①與鈑金的貼合面的平面度;②與鈑金的配合力度;③與鈑金貼合面的大小;④橡膠件厚度。
與鈑金貼合面的平面要求光滑無毛刺飛邊和凹坑。如果與鈑金貼合面存在毛刺飛邊及凹坑缺陷,則影響橡膠件的NVH性能。為解決此類問題要求橡膠件模具分模線(圖3)不在密封面上,另外定期對模具進行檢查,對橡膠件產(chǎn)品進行全檢。此方案可避免橡膠件平面度對NVH的影響。
圖3 橡膠件的分模線位置
鈑金的配合力直接影響NVH性能,經(jīng)分析橡膠件與鈑金貼合達到某一力值后,貼合面NVH性能表現(xiàn)良好,為達到此力值需設計合理結構來滿足要求,常見的有2種:一種是橡膠件和骨架一體合成,骨架上設計安裝結構(圖4)與橡膠件配合安裝到車身鈑金上;另一種結構是橡膠件與鈑金過盈配合來達到力值要求。為達到力值要求,過盈至少需0.5 mm。經(jīng)驗證與鈑金配合力值在60~110 N[6]之間可滿足NVH性能要求。
橡膠件與鈑金的貼合面較小、貼合寬度較窄,不足以阻擋聲波的傳輸,不能滿足NVH性能需求。橡膠件裙邊結構設計時與鈑金貼合面需滿足寬度需求,經(jīng)過反復驗證得出貼合面大于2 mm可滿足NVH要求。設計時考慮鈑金的覆蓋面平整度,要求鈑金預留平面比橡膠件最大外徑大7 mm以上,其中包含鈑金的位置度公差和涂膠面避讓等因素。
影響橡膠件NVH性能另一個關鍵因素是密封面的厚度,為確定橡膠件厚度的大小,對不同厚度橡膠件試片進行漏聲測試,測試結果如表1所示。經(jīng)對橡膠件的成本、工藝、NVH性能需求綜合考慮,最終橡膠件密封面的厚度選用2 mm,如小于這個值則不能滿足NVH要求。
圖4 橡膠件骨架安裝結構
表1 橡膠件試片的不同厚度NVH結果
線束過孔橡膠件經(jīng)材料選取和結構設計可生產(chǎn)出樣品件,樣品件是否符合NVH性能需進行驗證,線束過孔橡膠件的NVH驗證包含2部分:一是單件的驗證;一是整車驗證。下面就對驗證方法和驗證標準進行詳細闡述。
為滿足整車NVH性能,在設計過程中需對橡膠件單件進行驗證[7],橡膠件單件測試方法有2種:一種是單頻率聲源測試,另一種是多聲源測試。
1)單聲源測試
此測試可簡單測試貼合面和橡膠件本體及線束密封面的漏聲狀況。其是把50 MHz單聲源放置測試箱中,橡膠件裝配在測試鈑金上,用聲源探頭來測試橡膠件的密封面及線束包扎孔。此聲源的測試優(yōu)點是測試設備簡單、測試時間短,可快速測試出橡膠件的漏聲缺陷;但此測試設備聲源單一,不能全頻段測試漏聲情況。
橡膠件設計過程中,要測試橡膠件的漏聲情況,把設計的產(chǎn)品單腔模具件進行NVH單聲源測試,測試過程中主要關注與鈑金貼合處的漏聲情況、橡膠件本體的漏聲情況及橡膠件與線束密封處的漏聲情況,經(jīng)過多輪測試,測試數(shù)據(jù)如表2所示,經(jīng)多輪測試和修改最終設計出NVH合格的橡膠件產(chǎn)品。
表2 橡膠件NVH數(shù)據(jù)表
2)多聲源測試
多聲源測試室需要2個房間,一房間放置聲源,此聲源可播放125 Hz~5 000 MHz聲音,另一房間是隔音室(圖5),2個房間之間放置待測樣件。測試時,音響播放各頻段的聲源,測試室內放置聲源探測器,可探測漏聲值。單一聲源不能模擬全部漏聲情況,只能分析結構不合理帶來的漏聲;而多聲源可模擬現(xiàn)實聲源,可以檢測材料不合理帶來的漏聲。單聲源和多聲源檢測合格的產(chǎn)品可進行實車驗證。
圖5 橡膠件測試隔音室
橡膠件進行多聲源測試時,首先需安裝好設備,調試好音響及測試軟件,布置好測試樣件,把隔音室設置標準值之后開始驗證,此測試比較復雜,因此在單聲源合格后方進行此項測試。圖6是測試的波形圖,根據(jù)波形圖來判斷橡膠件的NVH是否合格,如不合格需進行改進,直至測試合格才能進入實車裝配驗證。
圖6 多聲源測試波形圖
實車狀態(tài)NVH性能是產(chǎn)品設計最終的目標。前期所有工作都是為實車狀態(tài)滿足要求展開,因此最終的檢驗是實車驗證。下面介紹實車測試。
橡膠件的單件測試是模擬實車的環(huán)境,但是很難模擬實車的動態(tài)及裝配情況,因此單件測試合格后需對整車進行測試。實車測試是聲源放在車外,在車內測試,模擬實車起動加速和路噪等情況來進行NVH測試[8],整車的測試是對橡膠件選材、結構設計的最終檢驗。待實車測試合格,滿足NVH性能的方案設計完成。
為滿足線束過孔橡膠件NVH性能,在橡膠件設計過程中,嚴格遵從選用隔音材料,設計密封良好、裝配良好的結構,并通過多次多項驗證即可設計出NVH性能良好的橡膠件產(chǎn)品,從而滿足顧客的NVH性能要求,滿足顧客的舒適度要求。
[1] QC/T 29106—2014,汽車電線束技術條件[S].
[2] Q/SQR S1-9—2012,EPDM橡膠件材料標準[S].
[3] Q/SQR S1-33—2012,聚酰胺材料(PA66)[S].
[4] QSQR S1-27—2015,汽車用聚丙烯類材料[S].
[5] Q/SQR S1-107—2012,動態(tài)硫化熱塑性彈性體材料[S].
[6] Q/SQR S8-79—2014,整車線束橡膠件[S].
[7] Q/SQR T2-63—2012,汽車電器及其附件NVH性能試驗方法[S].
[8] 張守元,沈磊,郁強.整車NVH研發(fā)結構噪聲設計研究[J].輕型汽車技術,2010(9):8-12.