汽車電喇叭的失效問題分析

方麗琴，劉 行，杜雨恒，陳倍彬

（一汽轎車股份有限公司奔騰開發(fā)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

1 電喇叭功能及工作原理

電喇叭在整車上的主要功能是發(fā)出警示音警示車輛和行人，保證交通安全。電喇叭的音量大小采用聲壓級(jí)進(jìn)行衡量，單位dB。整車聲壓級(jí)要求在GB15742—2001《汽車電喇叭的性能要求及試驗(yàn)方法》中進(jìn)行了明確的定義，要求在93～112dB之間。

汽車電喇叭分為機(jī)械喇叭和電子喇叭兩種，機(jī)械喇叭具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本的優(yōu)點(diǎn)，在中低端車型中應(yīng)用十分廣泛。本文只對(duì)機(jī)械喇叭進(jìn)行分析。機(jī)械喇叭內(nèi)部示意圖見圖1。機(jī)械喇叭工作原理如下：接通喇叭開關(guān)后，電源通過繼電器接通喇叭線路。線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，在電磁力的作用下，銜鐵帶動(dòng)膜片向擋鐵運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到一定行程后，銜鐵會(huì)壓開上下觸點(diǎn)，斷開電路。電磁力消失，銜鐵在膜片的彈力作用下復(fù)位。而后觸點(diǎn)重新接通，再次產(chǎn)生電磁力，拉動(dòng)銜鐵向擋鐵運(yùn)動(dòng)。重復(fù)上述過程，膜片不斷往復(fù)振動(dòng)，推動(dòng)揚(yáng)聲筒內(nèi)空氣振動(dòng)發(fā)聲。

圖1 機(jī)械喇叭內(nèi)部示意圖

2 電喇叭的售后故障問題

以市場(chǎng)車型A為例，機(jī)械蝸牛喇叭售后出現(xiàn)喇叭不響、喇叭間歇性失效現(xiàn)象，售后故障率高達(dá)50.6‰。對(duì)故障件進(jìn)行拆解分析，部分電喇叭內(nèi)部上下臂的觸點(diǎn)表面有氧化，萬用表測(cè)試局部電阻偏大。部分觸點(diǎn)不導(dǎo)通或者線圈燒蝕，這類統(tǒng)稱為觸點(diǎn)燒蝕問題 （圖2），約占總數(shù)47.5%。部分電喇叭聲道內(nèi)有水漬并有泥沙附著，泥沙附著位置見圖3。進(jìn)水故障件約占總數(shù)45.46%。

圖2 觸點(diǎn)燒蝕故障件

3 售后故障問題分析

3.1 觸點(diǎn)燒蝕問題

目前機(jī)械喇叭觸點(diǎn)一般采用高純度鎢材料制作。由于喇叭工作電流較大（5～6A），銜鐵、擋鐵及線圈組成的電感在喇叭工作過程中會(huì)存儲(chǔ)較大能量，每次觸點(diǎn)斷開瞬間，存儲(chǔ)在此電感中的能量無處釋放，從而擊穿觸點(diǎn)間空氣，在上下觸點(diǎn)之間產(chǎn)生電弧放電現(xiàn)象。上下觸點(diǎn)之間產(chǎn)生電弧放電導(dǎo)致的不利影響，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①觸點(diǎn)間的放電會(huì)導(dǎo)致喇叭線路中產(chǎn)生電壓波動(dòng)，導(dǎo)致喇叭瞬態(tài)傳導(dǎo)值超標(biāo)，可能對(duì)車輛上其他用電器產(chǎn)生EMC干擾。②觸點(diǎn)間的放電電弧電壓超過100V，極高溫度能達(dá)到上千度，會(huì)破壞觸點(diǎn)材料結(jié)構(gòu)、加速觸點(diǎn)氧化 （觸點(diǎn)燒蝕），并加重上下觸點(diǎn)的磨損 （氧化鎢沒有純塢強(qiáng)度高）。電弧形成的鎢氧化層電阻率大，極易導(dǎo)致觸點(diǎn)不導(dǎo)通。③觸點(diǎn)間的放電產(chǎn)生的電火花在喇叭內(nèi)部飛濺，會(huì)破壞產(chǎn)品內(nèi)部材料鍍層。同時(shí)放電產(chǎn)生的高溫及有害物質(zhì)也會(huì)加速產(chǎn)品內(nèi)部材料的腐蝕，影響產(chǎn)品性能。觸點(diǎn)燒蝕問題原理圖見圖4。

圖3 進(jìn)水故障件

圖4 觸點(diǎn)燒蝕問題原理圖

觸點(diǎn)燒蝕問題的原因明確之后，解決措施主要從降低能量釋放和能量吸收入手。機(jī)械喇叭的電流越大，工作時(shí)產(chǎn)生的熱量越多。通過降低喇叭工作電流，減少喇叭工作產(chǎn)生的熱量。通過改進(jìn)喇叭內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少?gòu)椘|點(diǎn)厚度，增加線圈圈數(shù)，可以減小工作電流。電流越小，產(chǎn)生的電磁力也減小，喇叭的整車聲壓級(jí)也會(huì)跟隨減小。為了滿足法規(guī)要求，電流得控制在一個(gè)合理的范圍，電壓13V時(shí)控制在4～5A最佳。喇叭內(nèi)部采用并聯(lián)電容方式可以吸收產(chǎn)生的能量。在觸點(diǎn)斷開瞬間，線圈L和電容C形成內(nèi)部LC振蕩電路，存儲(chǔ)并消耗掉線圈中存儲(chǔ)的電能 （圖5）。此時(shí)，需要通過觸點(diǎn)間電弧放電釋放的能量大幅減少，觸點(diǎn)間的電弧明顯減少，觸點(diǎn)燒蝕現(xiàn)象減輕，同時(shí)可以降低瞬態(tài)傳導(dǎo)電壓幅值。

3.2 進(jìn)水問題

汽車電喇叭的進(jìn)水問題主要和電喇叭自身結(jié)構(gòu)及整車布置位置有關(guān)，如圖6所示，由于車型A的機(jī)械喇叭無防水罩，喇叭聲道口垂直于地面，且喇叭的布置位置在一個(gè)開放空間，汽車在行駛過程中，水和泥沙會(huì)隨著車輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)入到喇叭聲道內(nèi)。改進(jìn)電喇叭自身結(jié)構(gòu)方面，增加防水罩可有效減小進(jìn)水的可能，防水罩的形狀為雙層錯(cuò)開的類似于百葉窗的形式。增加防水罩及防水罩形式見圖7。

圖5 并聯(lián)電容的電路原理圖

圖6 進(jìn)水問題示意圖

關(guān)于電喇叭在整車的布置位置，為了兼顧預(yù)防進(jìn)水和滿足法規(guī)要求，有以下3點(diǎn)建議：①電喇叭的安裝高度應(yīng)高于地面350～500mm；②電喇叭揚(yáng)聲筒盡量朝前；③喇叭盡量布置在封閉空間。

4 總結(jié)

觸點(diǎn)燒蝕和進(jìn)水問題是電喇叭的主要失效形式。本文通過分析問題發(fā)生的原因，提出了相對(duì)應(yīng)的措施，提高了電喇叭的壽命，為主機(jī)廠的汽車電喇叭設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值。