汪 珊，孔令霞Wang Shan，Kong Lingxia

基于客觀測(cè)試的汽車安全帶收卷器異響問題優(yōu)化

汪 珊，孔令霞
Wang Shan，Kong Lingxia

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

某車型的整車測(cè)試過程中安全帶收卷器在關(guān)門瞬間出現(xiàn)共振噪聲，該噪聲嚴(yán)重影響關(guān)門聲品質(zhì)。通過客觀測(cè)試方式，分析國(guó)產(chǎn)與CKD（Completely Knock Down，全散裝進(jìn)口）樣件的噪聲差異，運(yùn)用魚骨圖及交叉試驗(yàn)鎖定影響該噪聲的下級(jí)關(guān)鍵零部件，從尺寸控制的角度提出改進(jìn)措施，通過優(yōu)化關(guān)鍵尺寸，安全帶收卷器的關(guān)門噪聲有了明顯改善。

安全帶收卷器；共振噪聲；交叉試驗(yàn)；尺寸優(yōu)化

0 引 言

某汽車生產(chǎn)廠商特別關(guān)注消費(fèi)者的主觀評(píng)價(jià)，尤其在新車型試裝過程中客戶對(duì)關(guān)門聲品質(zhì)的整體評(píng)價(jià)尤為重視。目前，汽車聲品質(zhì)的研究主要集中在車內(nèi)駕乘空間，主客觀評(píng)價(jià)包括聲音響度、尖銳度、粗糙度等。近年來，工程師更加關(guān)注瞬態(tài)聲品質(zhì)，良好的關(guān)門聲可以使客戶產(chǎn)生安全、舒適、豪華、厚重的主觀感受。

1 問題提出

1.1 關(guān)門時(shí)B柱共振噪聲

考核員對(duì)某試裝階段的新車型進(jìn)行關(guān)門聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)時(shí)，發(fā)現(xiàn)左、右前門的關(guān)門瞬間B柱下飾板區(qū)域出現(xiàn)了嚴(yán)重共振。拆解后發(fā)現(xiàn)，即使拆除B柱飾板，共振現(xiàn)象依然重現(xiàn)。檢查發(fā)現(xiàn)安全帶收卷器與白車身連接緊密，無松動(dòng)現(xiàn)象，拆下安全帶收卷器，噪聲消失，進(jìn)一步分析確認(rèn)B柱安全帶收卷器為問題點(diǎn)。

1.2 安全帶收卷器安裝結(jié)構(gòu)

在安裝結(jié)構(gòu)上，該收卷器采用豎直安裝方式，其與白車身B柱之間上端采用M8螺栓連接，下端先通過2個(gè)卡腳與白車身卡接，再用M10螺栓打緊，螺栓的緊固扭矩為（35±5）Nm，具體安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 B 柱安全帶收卷器安裝結(jié)構(gòu)

2 測(cè)試分析

2.1 安全帶卷軸關(guān)門共振測(cè)試

為了避免主觀評(píng)價(jià)的隨機(jī)性，選擇客觀測(cè)試分析安全帶收卷器的噪聲。如圖2所示，采用Head公司聲學(xué)麥克風(fēng)傳感器和加速度傳感器，分別測(cè)量噪聲水平分貝值和加速度振動(dòng)頻率，采用相同關(guān)門力，對(duì)產(chǎn)生的共振噪聲進(jìn)行測(cè)試，并用Artemis SUITE軟件對(duì)該噪聲及振動(dòng)進(jìn)行聲學(xué)分析。

經(jīng)聲學(xué)軟件分析發(fā)現(xiàn)，B柱安全帶收卷器在關(guān)門瞬間有一個(gè)0.7 s左右的共振噪聲，其共振頻率為500～10 000 Hz。在相同關(guān)門力條件下，多次測(cè)量該噪聲水平發(fā)現(xiàn)數(shù)值一致性好，如圖3所示。

圖2 安全帶卷軸噪聲客觀測(cè)試

圖3 安全帶收卷器共振噪聲

試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，國(guó)產(chǎn)樣件均存在共振噪聲。為分析噪聲產(chǎn)生的根本原因，采用一批CKD（Completely Knock Down，全散裝進(jìn)口）樣件進(jìn)行對(duì)比。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，CKD樣件與國(guó)產(chǎn)樣件有明顯的共振噪聲差異，CKD樣件在關(guān)門沖擊瞬間干凈利落，無雜聲，而國(guó)產(chǎn)樣件在沖擊瞬間有明顯共振現(xiàn)象，如圖4所示。

圖4 CKD樣件與國(guó)產(chǎn)樣件聲學(xué)對(duì)比

2.2 魚骨圖分析

為分析產(chǎn)生共振噪聲的根本原因，在Minitab軟件中采用魚骨圖方式列出所有潛在風(fēng)險(xiǎn)因素。按照人、機(jī)、料、法、環(huán)的分類方式進(jìn)行分析，如圖5所示。

圖5 安全帶卷軸影響因素的魚骨圖

圖5中對(duì)所有的關(guān)鍵因素進(jìn)行篩選排除，最大懷疑點(diǎn)為安全帶收卷器。該款車型采用主動(dòng)預(yù)緊式安全帶，配合Pre-Safe系統(tǒng)，當(dāng)探測(cè)到可能發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，安全帶會(huì)自動(dòng)收緊，保證碰撞發(fā)生之前乘員在座椅上的位置被有效矯正；當(dāng)危險(xiǎn)狀況解除后，主動(dòng)控制收卷器會(huì)自動(dòng)回縮安全帶，恢復(fù)之前的松緊狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)可逆的預(yù)收緊。

圖6 主動(dòng)預(yù)緊式安全帶收卷器及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖6為預(yù)緊式收卷器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其主要組成部件包括ECU、骨架電機(jī)、帶感鎖止機(jī)構(gòu)、車感和角感鎖止機(jī)構(gòu)。預(yù)緊式收卷器包括被動(dòng)安全組成部分和主動(dòng)安全組成部分。其中，被動(dòng)安全組成部分包含緊急鎖止式安全帶、可變限力桿及氣體發(fā)生器；主動(dòng)安全組成部分包含ECU控制器、驅(qū)動(dòng)單元，以及其中的軟件與算法，驅(qū)動(dòng)單元包含直流電機(jī)、傳動(dòng)齒輪及離合器等結(jié)構(gòu)。最關(guān)鍵的帶感鎖止機(jī)構(gòu)的組成部件如圖7所示，該部分是最有可能產(chǎn)生噪聲的組件。

圖7 帶感鎖止機(jī)構(gòu)爆炸圖

3 關(guān)鍵子零部件的影響

3.1 收卷器對(duì)比分析

為確定共振噪聲產(chǎn)生的部位，采用貼加速度傳感器的方式分析收卷器在關(guān)門瞬間各子零部件產(chǎn)生的振幅大小，各測(cè)試點(diǎn)見表1。

表1 加速度傳感器的測(cè)試位置

各傳感器安裝在5個(gè)不同的位置，如圖8所示，分別在相同的車身上安裝國(guó)產(chǎn)和CKD安全帶收卷器，對(duì)比分析各關(guān)鍵零部件的振動(dòng)差異，測(cè)試結(jié)果如圖9所示。由于緊固螺釘與白車身直接相連，點(diǎn)1、點(diǎn)3和點(diǎn)5沒有較大的振幅波動(dòng)。

圖8 加速度傳感器安裝方案

通過對(duì)比圖9中各傳感器數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)2和點(diǎn)4的向振幅較大，收卷器振幅最大的點(diǎn)為安全帶下支架點(diǎn)4的向；CKD樣件的固有頻率為46.88 Hz，國(guó)產(chǎn)樣件的固有頻率為43.96 Hz，在相同外力的作用下，固有頻率低的樣件，更容易激勵(lì)出共振頻率，因此CKD樣件明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)樣件，在相同的關(guān)門力作用下，國(guó)產(chǎn)收卷器相對(duì)于CKD收卷器更容易產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。

圖9 各個(gè)關(guān)鍵測(cè)量點(diǎn)振動(dòng)對(duì)比

3.2 關(guān)鍵子零部件確認(rèn)

對(duì)比國(guó)產(chǎn)與CKD安全帶收卷器并結(jié)合圖4中聲學(xué)特性以及濾波分析發(fā)現(xiàn)，二者在1 500～2 000 Hz有一個(gè)明顯的共振噪聲，CKD樣件的振動(dòng)加速度明顯低于國(guó)產(chǎn)樣件，如圖10所示。需進(jìn)一步確認(rèn)收卷器中影響噪聲的關(guān)鍵子零件。

圖10 國(guó)產(chǎn)與CKD樣件振動(dòng)測(cè)試對(duì)比

采用國(guó)產(chǎn)樣件和CKD樣件的交叉試驗(yàn)來確定關(guān)鍵子零件，通過評(píng)價(jià)收卷器支架向加速度來確認(rèn)影響共振的最關(guān)鍵因素。測(cè)試中發(fā)現(xiàn)噪聲主要從帶感鎖止機(jī)構(gòu)中發(fā)出，通過3階段交叉試驗(yàn)確定噪聲產(chǎn)生的根本原因。階段1驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性，階段2驗(yàn)證拆裝過程對(duì)噪聲的影響，階段3驗(yàn)證產(chǎn)生噪聲的具體子零件，通過對(duì)圖7中關(guān)鍵子零件組合交叉找到根本原因。

圖11 安全帶收卷器子零件的交叉試驗(yàn)

圖11為對(duì)帶感鎖止機(jī)構(gòu)下一級(jí)子零件進(jìn)行交叉試驗(yàn)，結(jié)果顯示，當(dāng)控制盤交叉時(shí)，噪聲水平出現(xiàn)明顯的交叉，控制盤是最低級(jí)的子零件，因此控制盤是噪聲產(chǎn)生的最主要影響因子。

4 影響部件的驗(yàn)證及優(yōu)化

4.1 關(guān)鍵零件驗(yàn)證

為驗(yàn)證控制盤是否為產(chǎn)生噪聲的根本原因，將國(guó)產(chǎn)收卷器去除掉控制盤，之后重復(fù)相同的聲壓級(jí)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)樣件的共振聲壓級(jí)有了明顯改善，當(dāng)振動(dòng)頻率為1 500～2 000 Hz時(shí)，國(guó)產(chǎn)樣件與CKD樣件的振動(dòng)加速度沒有明顯差異，如圖12所示，說明供應(yīng)商需更改控制盤的配合尺寸。

國(guó)產(chǎn)樣件與CKD樣件的振動(dòng)加速度差異主要在收卷器內(nèi)的控制盤曠量控制，曠量由傳感器蓋及控制盤組合體的尺寸決定，在原始設(shè)計(jì)中，國(guó)產(chǎn)樣件的傳感器蓋與控制盤組合體之間的徑向間隙應(yīng)為0.2 mm，如圖13所示。

圖12 控制盤對(duì)噪聲影響的驗(yàn)證

圖13 控制盤的結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵尺寸

4.2 關(guān)鍵尺寸優(yōu)化

檢查圖紙發(fā)現(xiàn)，控制盤直徑的設(shè)計(jì)尺寸為（36±0.05）mm，經(jīng)過三坐標(biāo)實(shí)際測(cè)量可得，國(guó)產(chǎn)樣件為35.97～35.99 mm，這一尺寸偏向設(shè)計(jì)尺寸下限，而CKD樣件尺寸為36.03～36.10 mm，這一尺寸部分超出設(shè)計(jì)尺寸上限。

根據(jù)以上對(duì)比，將國(guó)產(chǎn)樣件控制盤的模具直徑尺寸優(yōu)化0.5 mm，如圖14所示，增加控制盤直徑，減小控制盤與鎖止機(jī)構(gòu)的間隙。優(yōu)化后，批量試驗(yàn)結(jié)果說明增加控制盤直徑可以明顯解決共振噪聲問題。

圖14 控制盤關(guān)鍵尺寸優(yōu)化

5 總 結(jié)

車門關(guān)閉時(shí)安全帶的卷軸會(huì)產(chǎn)生噪聲，當(dāng)設(shè)計(jì)間 隙不合理時(shí)，實(shí)際零件尺寸發(fā)生公差內(nèi)偏差，仿真分析并不能模擬沖擊瞬間收卷器內(nèi)各零件相對(duì)位移，因此總成內(nèi)部噪聲問題不能采用仿真方法進(jìn)行分析。通過理論與實(shí)際相結(jié)合的客觀分析，確定收卷器內(nèi)產(chǎn)生噪聲的關(guān)鍵部件，分析出關(guān)鍵尺寸，并進(jìn)行驗(yàn)證，提出優(yōu)化方案，為噪聲分析提供一種新的思路。

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2021-09-01

1002-4581（2021）06-0026-05

U491.6+1.03

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.06.008