朱文斌，許翔，田林，申超，黃文健

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

自主品牌汽車在近幾年的發(fā)展過程中，從能夠造出汽車向造出好的、有品質(zhì)感的汽車方向發(fā)展，這個(gè)時(shí)候需要解決的不再是基本的NVH性能，需要從更多方面進(jìn)行品質(zhì)提升，其中一個(gè)方面便是異響控制。安全帶卷收器的異響是整車中比較常見的問題，等到實(shí)車出來后再發(fā)現(xiàn)此問題時(shí)，往往需要花費(fèi)較大的代價(jià)才能解決，如修改鈑金結(jié)構(gòu)、更改安裝方式和更換卷收器類型等。因此，如果能夠在設(shè)計(jì)階段提前預(yù)防，就能夠以最小的代價(jià)解決該問題。

1 卷收器異響問題描述

常見的安全帶卷收器按照安裝形式大致可以分為水平安裝和豎直安裝。卷收器的異響主要產(chǎn)生在兩種工況：關(guān)門時(shí)和在顛簸路面上行駛時(shí)。詳細(xì)的異響描述見表1。

表1 卷收器異響問題描述

通過分析，影響卷收器異響的因素主要有：安裝點(diǎn)剛度、卷收器單體噪聲、系統(tǒng)頻率和傳遞函數(shù)，下面將逐一展開分析和討論。

2 安裝點(diǎn)剛度

卷收器在鈑金上的安裝點(diǎn)主要有兩種：?jiǎn)吸c(diǎn)安裝(如圖1所示)和兩點(diǎn)安裝(如圖2所示)，其中單點(diǎn)安裝的剛度值對(duì)卷收器的異響影響最大。安全帶卷收器的質(zhì)量一般在1 kg左右，相當(dāng)于一個(gè)較大的質(zhì)量塊安裝在鈑金上，因此鈑金的剛度對(duì)卷收器的振動(dòng)有較大的影響。對(duì)于安裝點(diǎn)的剛度，文中主要討論卷收器安裝在車身鈑金上采用單點(diǎn)安裝的剛度。

圖1 卷收器單點(diǎn)安裝

圖2 卷收器兩點(diǎn)安裝

有反饋某SUV車型在關(guān)門的瞬間和在顛簸路面上行駛時(shí)，后排兩側(cè)豎直安裝的安全帶卷收器有明顯敲擊異響。通過拆解觀察，發(fā)現(xiàn)在關(guān)門瞬間和顛簸路面上行駛時(shí)，卷收器沿著Y向存在明顯的晃動(dòng)，從而卷收器自身組件之間產(chǎn)生敲擊異響。測(cè)試卷收器安裝點(diǎn)的剛度，發(fā)現(xiàn)Y向的剛度值約為100 N/mm，剛度值偏低，通過手工加強(qiáng)安裝點(diǎn)附近的鈑金剛度(如圖3所示)，卷收器異響消除。

圖3 手工加強(qiáng)安裝點(diǎn)剛度

通過對(duì)加強(qiáng)后的安裝點(diǎn)和標(biāo)車安裝點(diǎn)剛度進(jìn)行測(cè)試，并仿真自有車型的安裝點(diǎn)在白車身狀態(tài)下的剛度值，最后結(jié)合實(shí)際主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，確定了白車身狀態(tài)下卷收器安裝點(diǎn)的剛度值要求大于600 N/mm。最后針對(duì)一款新開發(fā)車型前排卷收器安裝點(diǎn)剛度仿真分析，發(fā)現(xiàn)其值未滿足要求，經(jīng)過缺口補(bǔ)齊和增加加強(qiáng)筋后，剛度值達(dá)到目標(biāo)要求，如圖4和圖5所示。常見的剛度加強(qiáng)方案有：翻邊、增加料厚、增加加強(qiáng)筋和缺口補(bǔ)齊等[1]。

圖4 原方案

圖5 優(yōu)化后的方案

3 單體噪聲

卷收器自身的噪聲主要來源于敏感組件、卷收組件和自適應(yīng)裝置。單體噪聲是通過振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，激勵(lì)方式可以采用振動(dòng)信號(hào)功率密度譜或掃頻信號(hào)，測(cè)試環(huán)境至少為靜音室，要求本底噪聲小于30 dB(A)或響度值小于2宋(Sone)。噪聲測(cè)試采用麥克風(fēng)進(jìn)行測(cè)試，麥克風(fēng)的測(cè)試方向豎直于卷收器的安裝平面，與卷收器表面保持300 mm的距離(如圖6所示)。

圖6 卷收器單體噪聲測(cè)試

對(duì)于采用功率密度譜激勵(lì)的噪聲，其結(jié)果采用響度值，單位為宋(Sone)，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)采用ISO 532B的N10響度，激勵(lì)方向?yàn)閅向和Z向。對(duì)于采用掃頻激勵(lì)方式，記錄其最大噪聲值?？梢酝ㄟ^制定響度目標(biāo)值或噪聲值來減少卷收器單體的異響風(fēng)險(xiǎn)。

考慮到成本和沿用之前車型的卷收器類型等其他因素，可能導(dǎo)致單體噪聲無法滿足要求，此時(shí)可以采用被動(dòng)措施來降噪，如增加隔音罩(如圖7所示)和在兩側(cè)塑料殼體上貼丁基膠(如圖8所示)。

圖7 卷收器隔音罩

圖8 殼體貼丁基膠

4 系統(tǒng)頻率

系統(tǒng)頻率是指安裝方式為豎直安裝的卷收器在安裝狀態(tài)下的頻率，該頻率主要受安裝點(diǎn)鈑金的剛度、卷收器質(zhì)量和質(zhì)心影響。當(dāng)該頻率與路面激勵(lì)頻率接近時(shí)，卷收器自身產(chǎn)生較強(qiáng)的共振異響。

某車型在進(jìn)行整車異響試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在一條異響路面上B柱卷收器發(fā)生較嚴(yán)重的敲擊異響，通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)卷收器在27 Hz時(shí)振動(dòng)較大(如圖9所示)，通過對(duì)比安裝點(diǎn)和減振器塔座處的振動(dòng)，卷收器本體的振動(dòng)較大，說明產(chǎn)生了共振。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，卷收器在安裝狀態(tài)下的系統(tǒng)頻率為26 Hz(如圖10所示)，路面激勵(lì)信號(hào)在27 Hz時(shí)存在較大的峰值(如圖11所示)，因此卷收器本體發(fā)生了共振而產(chǎn)生敲擊異響。最后通過加強(qiáng)安裝點(diǎn)處的剛度，提高了共振頻率，消除了該共振異響。

圖9 卷收器本體、安裝點(diǎn)和塔座處振動(dòng)

圖10 系統(tǒng)頻率

圖11 激勵(lì)信號(hào)

經(jīng)過對(duì)同類型安裝方式的對(duì)標(biāo)車的系統(tǒng)頻率進(jìn)行測(cè)試(如圖12所示)，并結(jié)合主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，確定安裝卷收器后的系統(tǒng)頻率要求大于40 Hz可以避免該類型的共振異響。

圖12 對(duì)標(biāo)車系統(tǒng)頻率測(cè)試

同時(shí)，為了避免在實(shí)車階段發(fā)現(xiàn)問題而進(jìn)行修模，因此可以在數(shù)模階段進(jìn)行仿真分析。在白車身狀態(tài)下，將安全帶卷收器簡(jiǎn)化為一個(gè)帶有質(zhì)量的點(diǎn)，并根據(jù)其質(zhì)心的位置來確定該點(diǎn)相對(duì)于安裝點(diǎn)的坐標(biāo)，通過仿真計(jì)算低頻范圍內(nèi)的峰值頻率。

5 傳遞函數(shù)

根據(jù)NVH基本理論，響應(yīng)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)不僅受振動(dòng)源頭的影響，還受傳遞函數(shù)的影響，一般計(jì)算4個(gè)減振器塔座到各卷收器安裝點(diǎn)的傳遞函數(shù)，一般關(guān)注100 Hz以內(nèi)的情況。在數(shù)模階段，可以通過關(guān)注傳遞函數(shù)的情況(如圖13所示)，對(duì)車身結(jié)構(gòu)和卷收器自身進(jìn)行優(yōu)化，可以進(jìn)一步減少異響的風(fēng)險(xiǎn)。

圖13 卷收器安裝點(diǎn)傳遞函數(shù)仿真

6 總結(jié)

安全帶卷收器只是零部件異響中很小的一個(gè)案例，但影響它的異響情況的參數(shù)還是比較多，文中從幾個(gè)主要的影響因素進(jìn)行了分析，提出了一些控制卷收器異響的方法，這些方法的應(yīng)用能夠在設(shè)計(jì)開發(fā)階段有效解決卷收器異響的問題。