王維松 靳豹 孫福華 李海鵬

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司保定技術(shù)研發(fā)分公司，保定 071003）

1 前言

隨著汽車NVH 性能的提高，用戶對(duì)異響（Squeak and Rattle，S&R）問(wèn)題越來(lái)越敏感，S&R 問(wèn)題常在特定條件下或特定工況下出現(xiàn)，通常被認(rèn)為由質(zhì)量問(wèn)題造成。天窗密封條摩擦異響是常見(jiàn)的S&R 問(wèn)題之一，車輛在行駛過(guò)程中受到路面載荷激勵(lì)，會(huì)使車身發(fā)生扭轉(zhuǎn)或者彎曲變形，導(dǎo)致天窗與車身產(chǎn)生相對(duì)位移，進(jìn)而使密封條產(chǎn)生擠壓和錯(cuò)動(dòng)，達(dá)到一定位移時(shí)即會(huì)產(chǎn)生“吱吱”聲[1]。

國(guó)內(nèi)整車制造商對(duì)密封條摩擦異響問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究。王小虎等通過(guò)建立天窗密封條振動(dòng)的力學(xué)模型，探討了產(chǎn)生摩擦異響的機(jī)理以及解決此類異響問(wèn)題的對(duì)策[2]。張杰等對(duì)顛簸路面條件下密封件和車門之間的動(dòng)態(tài)異響問(wèn)題進(jìn)行受力分析，從車門、車身漆面及密封件涂層等方面找到異響的影響因素，并提出了改進(jìn)方案[3]。鄧晶等提出將門框剛度、密封條剛度、密封條涂層、密封條間隙等因素整合，提出了密封條摩擦異響的系統(tǒng)性防范方法[4]。周銀等利用非線性仿真對(duì)密封條斷面進(jìn)行分析，通過(guò)密封條結(jié)構(gòu)優(yōu)化解決了密封條異響問(wèn)題[5]。

本文提出一種天窗密封條摩擦異響的控制方法，通過(guò)CAE 手段對(duì)車身與天窗的相對(duì)位移進(jìn)行分析，利用測(cè)試手段獲取密封條粘連階段的位移，經(jīng)過(guò)對(duì)比控制避免密封條產(chǎn)生滑動(dòng)階段，進(jìn)而降低密封條異響風(fēng)險(xiǎn)。

2 密封條異響機(jī)理分析

2.1 密封條斷面結(jié)構(gòu)

天窗密封條斷面結(jié)構(gòu)如圖1 所示，密封條通過(guò)丙烯酸泡沫膠粘劑與頂蓋鈑金相連，密封條與左側(cè)天窗聚氨酯（Polyurethane，PU）面配合，當(dāng)天窗與車身發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，密封條與天窗PU 面會(huì)發(fā)生整車坐標(biāo)±Z向、±Y向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

2.2 密封條異響機(jī)理

車輛行駛在顛簸或扭曲路面上時(shí)，路面激勵(lì)使車身變形，從而引起天窗與車身間的往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，天窗PU 面與頂蓋密封條間產(chǎn)生能量積累，能量達(dá)到一定程度后克服粘連力發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，能量釋放產(chǎn)生異響。密封條與天窗PU 面間粘滑效應(yīng)的不同階段如圖2所示：

圖2 天窗密封條異響機(jī)理

a.原始狀態(tài)，密封條泡管與天窗PU表層相互壓縮，為密封狀態(tài)；

b. 粘連階段，密封條泡管隨車身產(chǎn)生變形，二者未發(fā)生相對(duì)位移，密封條粘連于天窗PU 表面，該階段產(chǎn)生應(yīng)力集中；

c. 滑動(dòng)階段，車身與天窗相對(duì)位移足夠大時(shí)，密封條克服粘連力產(chǎn)生滑動(dòng)并快速?gòu)?fù)原，不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，能量釋放發(fā)出“吱吱”聲，產(chǎn)生摩擦異響。

3 天窗密封條異響控制方法

3.1 控制方法

車身、天窗及密封條組成天窗密封系統(tǒng)，三者相互作用，影響密封條摩擦異響。從摩擦現(xiàn)象與能量的角度分析，控制密封條摩擦異響問(wèn)題有2 種思路：

一種是使摩擦因數(shù)足夠小，即接觸面間足夠光滑，使得粘連階段與滑動(dòng)階段時(shí)間縮短，相對(duì)加速度減小，減少了兩者間的能量積累，從而降低了聲源處發(fā)出的噪聲響度，如圖3所示。

圖3 減小摩擦因數(shù)示意

另一種是使摩擦因數(shù)足夠高，即在密封條斷面和壓縮量一定的情況下，增大摩擦因數(shù)以提高摩擦力，從而增大進(jìn)入滑動(dòng)階段需要的力，還未進(jìn)入滑動(dòng)階段時(shí)即向反方向運(yùn)動(dòng)，故只經(jīng)歷粘連階段，不產(chǎn)生摩擦異響，如圖4所示。

圖4 提高摩擦因數(shù)示意

車輛開(kāi)發(fā)時(shí)，需考慮車身與天窗間的相對(duì)位移，若二者間相對(duì)位移過(guò)大，密封條不斷發(fā)生往復(fù)相對(duì)滑動(dòng)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后，表面涂層易發(fā)生磨損，會(huì)導(dǎo)致摩擦因數(shù)發(fā)生變化，增加密封條摩擦異響風(fēng)險(xiǎn)。因此，控制密封條摩擦異響，需從2 個(gè)方面考慮：減小車身與天窗的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；增加粘連階段天窗PU 面與密封條之間的變形量（即最小異響位移X）。

將車身與天窗間的相對(duì)位移控制在最小異響位移X以下，不出現(xiàn)滑動(dòng)階段，進(jìn)而避免密封條產(chǎn)生摩擦異響問(wèn)題。

3.2 車身與天窗的相對(duì)位移

在車輛設(shè)計(jì)階段，利用有限元方法進(jìn)行相對(duì)位移分析，識(shí)別天窗與車身間的位移變化，并可通過(guò)控制天窗與車身間Y向和Z向相對(duì)運(yùn)動(dòng)降低密封條摩擦風(fēng)險(xiǎn)。

利用HyperWorks 軟件中S&R Director（SNRD）模塊進(jìn)行仿真分析，為了盡可能接近真實(shí)試驗(yàn)場(chǎng)景，采用隨機(jī)載荷作為輸入信號(hào)，車身與底盤連接點(diǎn)（即前后減振器固定點(diǎn)、前后擺臂固定點(diǎn)、后縱臂固定點(diǎn)）輸入載荷信號(hào)如圖5 所示。在車身與天窗之間定義異響評(píng)價(jià)線（Evaluation Line，E-Line），如圖6 所示。異響評(píng)價(jià)線由節(jié)點(diǎn)對(duì)組成，每組節(jié)點(diǎn)對(duì)之間定義C-BUSH單元，用于連接天窗與車身，以此統(tǒng)計(jì)分析車身與天窗間的相對(duì)位移。

圖5 車身與底盤連接點(diǎn)輸入載荷信號(hào)

圖6 異響評(píng)價(jià)線

3.3 最小異響位移

利用摩擦試驗(yàn)臺(tái)對(duì)密封條與PU 面進(jìn)行粘滑試驗(yàn)，密封條噴涂選擇2 種不同類型，即顆粒噴涂（涂層1）和光滑噴涂（涂層2），天窗PU 面同樣選擇2 種類型，即光面與皮紋面。試驗(yàn)中需考慮濕度、溫度、相對(duì)速度和正壓力等外部條件，確定不同涂層的密封條與其所配合的PU面發(fā)生異響所需的位移。

為了獲取可靠的測(cè)試結(jié)果，將PU面板粘貼于固定工裝上，密封條用膠粘劑粘貼于移動(dòng)工裝上，根據(jù)實(shí)際裝配荷重定義，密封條與PU板壓力保持在15 N，如圖7所示。密封條樣件長(zhǎng)度為100 mm，PU樣板尺寸為200 mm×400 mm，PU樣板保持固定，沿整車Z向和Y向移動(dòng)密封條（速度1 mm/s，行程10 mm），測(cè)量從密封條開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到密封條與PU 將要產(chǎn)生滑動(dòng)為止的距離，即最小異響位移，結(jié)果如表1所示。

圖7 粘滑試驗(yàn)工裝示意

表1 最小異響位移測(cè)試結(jié)果

由表1 可知，采用涂層2 的密封條比采用涂層1的密封條最小異響位移相對(duì)更大，涂層2 與天窗PU面增加皮紋的材料兼容性最好，二者配合時(shí)最小異響位移為0.6 mm，前期選型優(yōu)先選擇密封條涂層2與皮紋面PU。

3.4 結(jié)果分析與討論

天窗與車身間的相對(duì)位移分析是模擬真實(shí)路況條件進(jìn)行的頻率響應(yīng)分析，仿真過(guò)程中自動(dòng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)對(duì)間的相對(duì)位移。天窗與車身邊界中各節(jié)點(diǎn)在載荷激勵(lì)下的相對(duì)位移云圖如圖8所示。

圖8 相對(duì)位移云圖

將異響評(píng)價(jià)線在時(shí)域上的相對(duì)位移結(jié)果排序，提取每條異響評(píng)價(jià)線中Y向、Z向最大位移，結(jié)果如表2所示。

表2 最小異響位移分析結(jié)果 mm

將天窗和車身的相對(duì)位移與試驗(yàn)獲得的密封條最小異響位移進(jìn)行對(duì)比分析：若相對(duì)位移小于最小異響位移，則無(wú)風(fēng)險(xiǎn)；若相對(duì)位移大于最小異響位移，則存在異響風(fēng)險(xiǎn)。天窗密封條涂層2 與天窗皮紋面PU 配合最小異響位移為0.6 mm，選取該材料對(duì)時(shí)，密封條發(fā)生摩擦異響的風(fēng)險(xiǎn)最小。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)天窗密封條異響風(fēng)險(xiǎn)控制方法進(jìn)行研究，利用有限元分析和粘滑試驗(yàn)對(duì)密封條摩擦異響風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估，可得出以下結(jié)論：

a.車輛開(kāi)發(fā)前期階段，利用實(shí)際路面載荷進(jìn)行天窗與車身相對(duì)位移分析，需考慮Y向與Z向位移，可通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化減小相對(duì)位移。

b.天窗密封條壓縮量通常為固定范圍，壓縮量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致天窗關(guān)閉困難，因此在車輛開(kāi)發(fā)前期階段，需開(kāi)展密封條粘滑試驗(yàn)，選取合適的材料對(duì)，增加密封條與接觸面之間的最小異響位移至關(guān)重要。