鈑金異響原理及對(duì)策控制研究

李 昂

（廣汽本田汽車有限公司，廣東 廣州 510700）

前言

汽車異響作為機(jī)能不良的一個(gè)分支，一旦存在，將大大影響顧客對(duì)車輛的喜愛程度，讓顧客在使用車輛的過(guò)程中，顧慮車輛是否是安全的，進(jìn)而進(jìn)行異響投訴，甚至對(duì)主機(jī)廠品牌存在厭惡，印象難以扭轉(zhuǎn)，所以在主機(jī)廠一般都會(huì)在新車型試作過(guò)程中，針對(duì)整車做一系列惡路耐久考驗(yàn)的道路試驗(yàn)，而耐久后整車的狀態(tài)一般可以反映出顧客使用5～10年后愛車會(huì)達(dá)到的效果，從而判斷整車設(shè)計(jì)及制造是否滿足顧客需求，如果出現(xiàn)異響，將針對(duì)異響部位進(jìn)行設(shè)計(jì)變更或者制造改善。

1 定義[1]

1.1 整車異響

整車異響即為整車在經(jīng)過(guò)各種顧客可能遇到的路況行駛過(guò)程中，車輛發(fā)出的可被顧客關(guān)注到，且對(duì)顧客產(chǎn)生困惑的異常聲響。

1.2 鈑金異響

由于車身鈑金與鈑金之間產(chǎn)生的困擾顧客的異常聲響，被稱為鈑金異響。

1.3 路況

路況指的是有道路路基、路面、構(gòu)造物及附屬設(shè)施等的技術(shù)狀況；各大主機(jī)廠在新車型階段都會(huì)對(duì)新車進(jìn)行不同路況的跑道檢證，一般跑道分為比利時(shí)石頭路、卵石路、扭力下降路、高速路、波形路、波狀路、解析一般壞路、魚鱗坑路、蛇行路、扭曲路和凹凸路等，如圖1所示。

圖1 路況種類

2 鈑金異響的發(fā)生原理

異響的發(fā)生原理要從兩方面說(shuō)起，一是發(fā)出聲音的原理；二是發(fā)出的聲音怎么被判定為異響。

2.1 發(fā)聲原理

從鈑金異響方面來(lái)講，如果兩塊或者多塊鈑金之間由于共振引起了鈑金與鈑金之間的碰撞或摩擦，那么很容易導(dǎo)致鈑金間發(fā)出聲響；如果兩塊接觸的鈑金在經(jīng)歷不同路況時(shí)，兩塊接觸的鈑金由于各自不同的材質(zhì)或者重量或者形狀產(chǎn)生了不同的振幅和頻率，而此振幅和頻率在某一時(shí)間產(chǎn)生了疊加，帶來(lái)相互碰撞或摩擦，那么異響就產(chǎn)生了，如圖2所示。

圖2 振幅疊加示意圖

2.2 判定異響

整車設(shè)計(jì)要望中約定了整車在什么時(shí)候可以發(fā)出規(guī)律性的聲響，可用作提示，可用作警示；當(dāng)然也有一些是零件動(dòng)作后肯定會(huì)發(fā)出的聲響，如胎噪、關(guān)門聲、雨刮噴水聲、空調(diào)動(dòng)作聲，這些也是必須會(huì)存在的聲音，那么異響如何判定呢？我們認(rèn)為非整車設(shè)計(jì)要望中提到的，非自然現(xiàn)象引起的那些刺激到顧客的聲音均被定義為異響。

3 鈑金異響分類

整車在經(jīng)過(guò)各種顧客可能遇到的路況行駛過(guò)程中，車輛發(fā)出的聲音，聲音大致分為兩類：（1）清脆的鋼鐵碰撞聲“啪啪”聲；（2）鈑金摩擦發(fā)出的摩擦音“吱吱”聲；常見的鈑金異響發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)艙、車門開口部、尾門開口部和地板等位置，如圖3所示。

圖3 異響常見部位分布圖

4 引起異響的影響因素[2]

異響的發(fā)生跟設(shè)計(jì)和制造都有關(guān)聯(lián)，好的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以避免異響的發(fā)生，涉及到車身設(shè)計(jì)領(lǐng)域，從車身結(jié)構(gòu)、鈑金材質(zhì)、板厚、鎖緊部位、焊點(diǎn)布置、打膠位置等各個(gè)方面的設(shè)計(jì)都對(duì)異響起著至關(guān)重要的影響。車身剛度對(duì)整車鈑金異響是有決定性影響的；所謂車身剛度汽車車身剛度即汽車白車身抵抗變形的能力。車身剛度分為靜態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)剛度；白車身靜態(tài)剛度即為靜載荷情況下抵抗變形的能力，一般用靜載荷作用下車身的變形量來(lái)衡量；其中我們關(guān)注白車身靜態(tài)剛度中的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度兩種。白車身動(dòng)態(tài)剛度為動(dòng)載荷作用下抵抗變形的能力，用結(jié)構(gòu)振動(dòng)所需的頻率來(lái)衡量。車身是一個(gè)多自由度的彈性系統(tǒng)，因此，它也有無(wú)限多的固有振型，但其低階振型為整車振型，如扭轉(zhuǎn)、彎曲，高階振型為一些局部共振振型，如地板振型、車頂振型和側(cè)圍外板振型等。有時(shí)，由于車身的局部剛度低，也有一些局部振型在低頻范圍內(nèi)出現(xiàn)，或與整車振型同時(shí)出現(xiàn)。合理的汽車車身剛度可以很好地解決車身振動(dòng)問(wèn)題。作用在車身上的激勵(lì)來(lái)自于懸掛系統(tǒng)、路面、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系等的振動(dòng)，這些振動(dòng)對(duì)車身的激勵(lì)可以認(rèn)為是全頻率的，但是，路面和懸掛系統(tǒng)對(duì)車身結(jié)構(gòu)激勵(lì)的特點(diǎn)一樣，每種激勵(lì)在所有頻率范圍內(nèi)并不是等能量分布的，所以，試圖在所有頻率上消除作用在車身上的激勵(lì)，與車身結(jié)構(gòu)的某些振型的共振是不可能。因此，我們只有將注意力集中在各激勵(lì)的能量集中的頻率上，使之與我們所關(guān)心的車身的某階振型不發(fā)生共振。車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造極大的影響車身剛度，車身受到振動(dòng)激勵(lì)后會(huì)產(chǎn)生車身總體的彎曲振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)或各種振動(dòng)的復(fù)合形式，同時(shí)還會(huì)引起鈑金產(chǎn)生局部振動(dòng)，當(dāng)兩塊鈑金形成共振后，會(huì)加大鈑金碰撞發(fā)出聲響[3]。

5 異響的解決方案

為了消除車身的局部共振或位移，一般可通過(guò)加強(qiáng)鈑金強(qiáng)度、改變鈑金結(jié)構(gòu)、電阻焊接、螺栓打緊固定等方式進(jìn)行避免；下文將針對(duì)以上幾點(diǎn)進(jìn)行舉例。

5.1 改變車門鈑金強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)方式

當(dāng)車身附件通過(guò)螺栓安裝在車身上時(shí)，一定要考慮附件的固定形式、材質(zhì)和形狀是否可以滿足其可能產(chǎn)生應(yīng)力的大小需求。

舉例：防撞梁與車身異響；防撞梁在經(jīng)過(guò)新車型耐久后發(fā)生鈑金異響，由于其材質(zhì)的牌號(hào)本身較低，鈑金抗拉強(qiáng)度僅有270 MPa，板厚0.6 mm，加上鈑金與車身的配合為全平面配合，采用螺栓18.63～24.52 N·m扭矩安裝，如圖4所示。通過(guò)扭矩安裝后，鈑金產(chǎn)生變形，與車身間產(chǎn)生間隙，經(jīng)歷不同路面道路的耐久之后，造成不同頻率振動(dòng)通過(guò)應(yīng)力測(cè)試發(fā)現(xiàn)在波形路時(shí)防撞梁產(chǎn)生應(yīng)力＞270 MPa（1142 MPa），如圖5 所示，即道路產(chǎn)生應(yīng)力大于鈑金本身的抗拉強(qiáng)度，致使鈑金開裂形成異音，如圖6所示。

圖4 原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

圖5 不同道路上產(chǎn)生應(yīng)力值

圖6 斷裂原理圖

設(shè)計(jì)上考慮不足造成此異響的發(fā)生，通過(guò)應(yīng)力測(cè)試的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)增加板厚，提高板材抗拉強(qiáng)度，并減少鈑金與車身螺栓打緊后的接觸面積，可消除不良，如圖7所示。

圖7 設(shè)計(jì)變更后零件

5.2 增加電阻焊接方式

特別容易發(fā)生鈑金摩擦音的位置是車身開口部，因?yàn)檐嚿黹_口部的抗變形能力是最差的，車身開口部的鈑金一般會(huì)有兩層板、三層板甚至四層板通過(guò)電阻焊接起來(lái)，焊點(diǎn)的布置、鈑金的搭接、鈑金的配合間隙、鈑金間的防震膠涂布及車身剛度都會(huì)引起不同程度的鈑金摩擦。舉例：車門開口部的鈑金由于配合間隙大，焊點(diǎn)位置偏離設(shè)計(jì)要望點(diǎn)較遠(yuǎn)，導(dǎo)致鈑金與鄰近鈑金出現(xiàn)位移，并在通過(guò)扭曲路時(shí)發(fā)出較大聲響；如圖8所示；由于車門開口部位抗變形能力最差的部位，當(dāng)鈑金邊緣位置沒(méi)有固定時(shí)，鈑金經(jīng)歷路況變形后，會(huì)與周邊鈑金產(chǎn)生摩擦，發(fā)出異響。所以一般的處理方式為設(shè)計(jì)上追加焊點(diǎn)固定，如圖9所示。

圖8 車門開口部鈑金未固定

圖9 車門開口部鈑金加焊點(diǎn)固定

5.3 增加螺栓打緊固定方式

當(dāng)車身位置無(wú)法焊接，但其非固定面積又大時(shí)，由于車身剛度的影響，非固定面積大的鈑金很容易扭曲并產(chǎn)生振動(dòng)，如圖 6；雖然圖示設(shè)計(jì)有支撐防止上部鈑金扭曲，但還是會(huì)存在鈑金間的抖動(dòng)或移動(dòng)，仍然會(huì)引起異響；此處可從限制移動(dòng)的角度，在零件中間加打螺栓進(jìn)行限位控制，可消除異響隱患，如圖10所示。

圖10 螺栓打緊示意圖

5.4 制造方面影響因素

車身制造不良引起鈑金異響的案例有很多，如漏打焊點(diǎn)、焊點(diǎn)打偏、焊點(diǎn)扭曲、鈑金間隙配合大、漏打減震膠等[4]，均有可能引起鈑金異響；為了避免異響發(fā)生，制造部門必須按照?qǐng)D面要求進(jìn)行生產(chǎn)，保證焊點(diǎn)位置及質(zhì)量、鈑金沖壓精度及焊接配合精度、減震膠涂布量及涂布位置等等，如圖11所示。

圖11 鈑金異響部分制造影響因素

6 總結(jié)

車身結(jié)構(gòu)對(duì)鈑金異響有著非常大的影響，好的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以超越制造完全消除異響；而對(duì)于異響的解析，我們應(yīng)該不僅在解析到位置并針對(duì)已發(fā)生異響進(jìn)行對(duì)策的階段；更要在設(shè)計(jì)上，或者利用 CAE分析來(lái)具體分析車身結(jié)構(gòu)的合理性，在新車型階段根據(jù)圖面驗(yàn)證結(jié)果及以往發(fā)生異響部位進(jìn)行實(shí)車四柱振動(dòng)臺(tái)架上的異響檢出，并在重點(diǎn)部位進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，檢證鈑金結(jié)構(gòu)和材質(zhì)等的設(shè)計(jì)合理性，以更好地控制鈑金異響發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。