汽車內(nèi)飾件異響控制研究

彭云，李東強，張華

汽車內(nèi)飾件異響控制研究

彭云，李東強，張華

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

汽車內(nèi)飾件異響是影響乘員感知品質(zhì)的重要因素。文章基于內(nèi)飾件異響發(fā)生機理分析影響異響的關(guān)鍵原因，提出了基于異響管控的內(nèi)飾件正向開發(fā)流程。通過各系統(tǒng)異響目標(biāo)分解與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，在設(shè)計前期階段管控內(nèi)飾件設(shè)計要素，結(jié)合CAE分析、振動臺架試驗、整車異響評價，有效降低異響發(fā)生的風(fēng)險，提升了內(nèi)飾件可靠性。

內(nèi)飾；異響；CAE；設(shè)計優(yōu)化

前言

隨著汽車舒適性越來越被消費者重視，汽車內(nèi)飾異響嚴(yán)重影響乘員感知品質(zhì)，各主機廠也越來越關(guān)注如何解決異響問題。汽車異響（BSR）主要包含共振異響（Buzz）、摩擦異響（Squeak）、敲擊異響（Rattle），設(shè)計初期對異響進(jìn)行控制能夠有效降低異響分析，同時降低開發(fā)成本[1]。于[2]根據(jù)項目問題統(tǒng)計指出內(nèi)飾異響問題有82%為設(shè)計問題，指出內(nèi)飾異響是結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理導(dǎo)致“牢固不可靠”引起的。段[3]介紹了內(nèi)飾件常見異響問題排查診斷步驟與方法。崔[4]介紹了一套比較完整的異響控制方法與流程，通過數(shù)模檢查、異響CAE分析、異響試驗結(jié)合的方法管控。劉[5]和蔡[6]以門飾板BSR問題為例，總結(jié)了BSR影響因素和設(shè)計要點。

在汽車內(nèi)飾設(shè)計前期如何有效管控異響風(fēng)險，降低后期設(shè)變費用，提升內(nèi)飾可靠性是本文的主要研究內(nèi)容。

1 汽車內(nèi)飾異響成因分析

汽車內(nèi)飾異響是受外部激勵的情況下相鄰零部件之間發(fā)生相對位移而產(chǎn)生的摩擦或敲擊噪音。共振異響主要是由于薄板結(jié)構(gòu)因外部激勵導(dǎo)致共振產(chǎn)生，摩擦異響主要是指相鄰零件接觸摩擦產(chǎn)生粘滑效應(yīng)（Stick-Slip）引起，敲擊異響主要指相鄰結(jié)構(gòu)在外部激勵下撞擊引起[7]，圖1為汽車內(nèi)飾異響分類。

圖1 汽車內(nèi)飾異響分類

根據(jù)摩擦異響的發(fā)生機理，簡化物理模型如圖2所示。

圖2 摩擦異響物理簡化模型

對摩擦異響物理簡化模型做力學(xué)分析，可以得出：

根據(jù)敲擊異響的發(fā)生機理，簡化物理模型如圖3所示。

圖3 敲擊異響物理簡化模型

對敲擊異響物理簡化模型做力學(xué)分析，可以得出：

式中：1和2為相鄰零件質(zhì)量，1和2均安裝固定在3上，1和2分別為相鄰零件的剛度，1和2分別為相鄰零件的位移量，0為相鄰零件的初始間隙，為相鄰零件的動態(tài)間隙。

根據(jù)摩擦異響與敲擊異響機理分析，異響受激勵源、系統(tǒng)靈敏度、零件接觸特性影響。激勵源包含路面激勵、音頻激勵、電機激勵等。系統(tǒng)靈敏度主要與車身整體剛度、內(nèi)飾安裝點動剛度、靜剛度相關(guān)。接觸特性主要與內(nèi)飾材料表面接觸摩擦系數(shù)、材料兼容性、設(shè)計間隙相關(guān)。共振異響影響因素主要是模態(tài)耦合，需避免零件模態(tài)與激勵頻率共振，內(nèi)飾異響影響因素如圖4所示。

圖4 內(nèi)飾異響影響因素

2 汽車內(nèi)飾異響正向管控流程及解決辦法

汽車內(nèi)飾正向開發(fā)流程分為四個階段：概念設(shè)計階段、詳細(xì)設(shè)計階段、零部件及整車驗證階段、量產(chǎn)前準(zhǔn)備階段。針對汽車內(nèi)飾異響的影響因素，重點在概念設(shè)計階段和詳細(xì)設(shè)計階段加強設(shè)計管控，能將異響風(fēng)險有效降低，避免后期零件設(shè)變帶來的成本增加，圖5為內(nèi)飾系統(tǒng)異響正向管控流程示意。

圖5 內(nèi)飾系統(tǒng)異響正向開管控流程

2.1 內(nèi)飾系統(tǒng)異響性能目標(biāo)設(shè)定

在概念設(shè)計階段，為分解汽車內(nèi)飾各系統(tǒng)異響子目標(biāo)，首先進(jìn)行對標(biāo)車整車異響主觀評價，然后拆解各系統(tǒng)零件，對各系統(tǒng)進(jìn)行臺架異響測試，確定各系統(tǒng)零件的異響目標(biāo)。整車異響評價分為靜態(tài)評價與動態(tài)評價，靜態(tài)評價指整車靜置狀態(tài)下評價內(nèi)飾系統(tǒng)功能件操作異響及按壓異響，動態(tài)評價指在不同道路試驗中評價異響的等級，相關(guān)計算方法如下。

式中：為異響評價總得分；S和S分別為靜態(tài)異響評價與道路異響評價得分；I為汽車內(nèi)飾零件操作頻率，根據(jù)使用頻率高低由高到低分為1、0.3、0.1；I為異響主觀感受由嚴(yán)重到輕微分為1、0.3、0.1；I指不同路面的粗糙程度由光滑到粗糙分為1、0.3、0.1。

整車內(nèi)飾異響靜態(tài)評價主要考察主副儀表板、門板、內(nèi)后視鏡、座椅等，通過操作功能件及按壓主觀評價異響等級，可通過對標(biāo)車評價在概念階段建立內(nèi)飾異響目標(biāo)。整車道路性異響評價通過不同路面評價異響發(fā)生嚴(yán)重度，如表1所示。

表1 整車道路異響評分標(biāo)準(zhǔn)

平滑路面(1)粗糙路面(0.3)惡劣路面(0.1) 嚴(yán)重（1）10.30.1 中度（0.3）0.30.090.03 輕微（0.1）0.10.030.01

將整車級異響性能指標(biāo)分解到各系統(tǒng)子目標(biāo)，然后將主觀評價得分轉(zhuǎn)換為各內(nèi)飾系統(tǒng)模態(tài)、安裝點動剛度、振動傳遞函數(shù)VTF、靜剛度等目標(biāo)。

2.2 內(nèi)飾系統(tǒng)異響結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

內(nèi)飾設(shè)計階段設(shè)計自由度高，材料選型、零件安裝匹配形式、安裝點布置、整體剛度與局部剛度設(shè)計均可細(xì)化設(shè)計，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠有效預(yù)防后期異響問題產(chǎn)生，針對內(nèi)飾異響的影響因素，在設(shè)計前期針對性管控，能有效降低后期異響問題。

2.2.1 內(nèi)飾異響過往問題預(yù)防清單

在概念設(shè)計階段，為避免以往車型異響問題復(fù)現(xiàn)，建立異響問題預(yù)防清單尤為重要。將內(nèi)飾異響按儀表板系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、天窗及附件系統(tǒng)等分類，詳細(xì)描述異響問題工況、異響類型、原因分析、整改方案，以供新車型開發(fā)參考，如表2所示。

將異響問題清單總結(jié)歸納轉(zhuǎn)換為設(shè)計要素，能有效指導(dǎo)新車型開發(fā)。

表2 儀表板系統(tǒng)異響過往問題庫

零部件問題描述嚴(yán)重度異響類型原因分析整改方案 儀表板本體儀表板右前角與A柱上飾板顛簸路面行駛發(fā)出“噠噠”異響輕微敲擊異響儀表板右前角與A柱上飾板缺少Y向限位儀表板與A柱上飾板限位盡量布置靠近末端，增加毛氈 左下護(hù)板振動臺架試驗35 Hz左右卡扣位置產(chǎn)生異響輕微敲擊異響支撐筋加工不到位導(dǎo)致安裝點預(yù)緊力不足安裝點限位支撐結(jié)構(gòu)按數(shù)據(jù)狀態(tài)調(diào)整到位，增大預(yù)緊力 出風(fēng)口在振動臺架試驗28 Hz左右出現(xiàn)異響輕微敲擊異響葉片松動導(dǎo)致按數(shù)據(jù)狀態(tài)調(diào)整葉片間隙，增大預(yù)緊力 手套箱振動耐久試驗中緩沖塊位置敲擊異響中等敲擊異響緩沖塊壓縮量不足，導(dǎo)致預(yù)緊力不足調(diào)整緩沖塊的壓縮量及密度，增大預(yù)緊力

2.2.2 內(nèi)飾異響典型斷面管控

在主斷面設(shè)計階段，安裝點布置，整體剛度與局部剛度、緊固件選型、支撐筋布置等設(shè)計自由度大，基于異響問題清單，建立典型異響斷面管控清單尤為必要，圖6為某車型儀表板典型異響控制斷面示意。

2.2.3 內(nèi)飾異響管控結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

在詳細(xì)設(shè)計階段，零件設(shè)計間隙、匹配形式、剛度、材料匹配均對異響影響較大。將設(shè)計要點總結(jié)為Checklist指導(dǎo)工程設(shè)計能夠有效管控異響。

（1）間隙設(shè)計

內(nèi)飾件敲擊或摩擦異響都是相互接觸產(chǎn)生，相鄰零件的靜態(tài)間隙需滿足制造裝配公差，熱膨脹效應(yīng)，滿足在激勵下零件相對運動小于靜態(tài)間隙。對于運動機構(gòu)件，還需考慮運動包絡(luò)的影響。安裝點布置，盡量靠近零件邊界，可降低零件的相對運動。當(dāng)相鄰零件無法通過調(diào)整間隙解決異響時，可考慮在接觸位置增加毛氈隔離。

（2）剛度設(shè)計

零件整體剛度和局部剛度不足是相鄰零件接觸的一個重要原因。整體剛度主要與零件的安裝點布置相關(guān)，包含相鄰安裝點距離，安裝點到邊界距離。局部剛度主要是零件邊界偏軟容易變形。合理增加翻邊結(jié)構(gòu)、加強筋、支撐筋，安裝點預(yù)緊力可以有效提升局部剛度。圖7為某車型儀表板上蓋板安裝點布置示意。圖8為掀背門飾板安裝點與邊界加強筋布置示意。

圖6 某車型儀表板典型異響控制斷面

圖7 某車型儀表板上蓋板安裝點布置示意

圖8 掀背門飾板安裝點加強筋布置示意

（3）材料兼容性設(shè)計

為提升內(nèi)飾的舒適性與裝飾性，越來越多的包覆件和電鍍件被運用，而包覆件與電鍍件之間更容易產(chǎn)生摩擦異響。在造型設(shè)計前期合理選擇內(nèi)飾材料，能夠有效減低摩擦異響發(fā)生的幾率。通過Stick-Slip材料兼容性試驗機可以有效測試不同材料匹配的異響風(fēng)險，圖9為材料兼容性試驗機。

圖9 材料兼容性試驗機

將一對材料樣塊使用特殊膠帶分別粘貼到滑動托架和固定托架上，調(diào)節(jié)環(huán)境倉內(nèi)的溫度、濕度，設(shè)置四種不同的作用力與滑動速度工況，同時設(shè)置每種工況相對滑動位移。表3為某車型部分內(nèi)飾材料兼容性表。1—3級表明兩種材料間不會聽到squeak；4—5級表明兩種材料的匹配狀況處在邊界上不能排除發(fā)出squeak聲音的情況；6—10級表明兩種材料匹配情況較差，能明顯聽到squeak。通過材料摩擦兼容性測試，不僅能獲得材料兼容風(fēng)險等級，還能夠獲得Impulse Rate（脈沖率）參數(shù)，可用于摩擦異響仿真分析。表4為某車型PVC表皮與ABS電鍍件材料兼容性試驗結(jié)果。

當(dāng)造型表面屬性定義無法選擇材料異響兼容性好的材料對時，可通過以下手段解決：增加隔離材料，如潤滑脂或毛氈；調(diào)整材料分件形式，將兼容性差的材料對轉(zhuǎn)變?yōu)榧嫒菪院貌牧蠈Γ鏏BS與ABS改為PP與ABS；增加加強筋，優(yōu)化安裝點布置，增大卡接預(yù)緊力，減少零件相對運動，從而降低異響風(fēng)險。

表3 某車型部分材料兼容性表

PVC表皮TPO表皮PP+EPDM?TD20ABS電鍍 PVC表皮10/// TPO表皮11—2// PP+EPDM-TD208—109—101—4/ ABS電鍍6—101011

表4 某車型ABS電鍍件與PVC表皮材料兼容性試驗結(jié)果

Test stepTemp./°CRel. Hum./%Material SpringSideMaterial CarriageSideNormal Force/NVelocity/(mm/s)GradeImpulse Rate/(1/mm) 124.147PVCABS（電鍍）10.01.081.566 7 224.248PVCABS（電鍍）10.04.071.408 3 324.348PVCABS（電鍍）40.01.0102.300 0 424.348PVCABS（電鍍）40.04.060.725 0

（4）安裝限位結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于材料不兼容的相鄰零件，合理選擇匹配形式、限位安裝結(jié)構(gòu)，可以有效降低異響風(fēng)險。壓接方案相比對接方案榮差性更好，能夠吸收裝配公差和熱膨脹變形。避免采用懸臂結(jié)構(gòu)，安裝點與支撐筋盡量布置在零件邊緣。安裝點避免布置在一條直線，容易旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致異響。在零件邊界均勻布置支撐筋及限位筋，降低相對運動。

2.3 內(nèi)飾異響CAE分析

內(nèi)飾件異響CAE分析可分為間接分析和直接分析，間隙分析如模態(tài)、動剛度、靜剛度、VTF（振動傳遞函數(shù)）等，可以評估車身對內(nèi)飾異響靈敏度影響及模態(tài)是否耦合導(dǎo)致共振問題。直接分析如Rattle和Squeak分析，可以直觀分析出相鄰零件是否存在敲擊及摩擦異響。所有仿真模型都需要基礎(chǔ)模型，模態(tài)分析為基礎(chǔ)。通過錘擊法，在儀表板面板、副駕安全氣囊、手套箱、顯示屏、主駕下護(hù)板位置重點布置傳感器，采集振動加速度響應(yīng)。圖10為某車型儀表板模態(tài)實驗與仿真結(jié)果對比。

圖10 某車型IP整體模態(tài)實驗結(jié)果與仿真結(jié)果對比

VTF試驗激勵點為右前懸掛螺栓安裝點附近，VTF響應(yīng)點為儀表板面板中部、右部空調(diào)出風(fēng)口飾板的卡扣連接點，狀態(tài)為拆除飾板，露出卡扣位置，在卡扣位置點布置加速度傳感器，測試其速度響應(yīng)。圖11為某車型儀表板裝飾條方向VTF實驗與仿真結(jié)果對比。

圖11 某車型儀表板裝飾條安裝點VTF結(jié)果（Z向）

圖12 某車型儀表板裝飾條Rattle分析模型

Rattle分析通過時域的頻率計算得到節(jié)點對間隙方向的相對位移值，與 DTS 文件中規(guī)定的間隙尺寸和容差比較，判斷是否有敲擊異響的危險。激勵點為車身減震器安裝點，激勵信號為比利時路，沖擊路，鵝卵石路，繩索路，圓餅路。Squeak分析與Rattle分析類似，只是分析最大相對摩擦位移。圖12為某車型儀表板裝飾條Rattle分析模型。表5為分析結(jié)果，DTS中間隙為均值，公差為3σ正態(tài)分布，相對位移量在該正態(tài)分布的概率即為風(fēng)險率。

表5 某車型儀表板裝飾條Rattle分析結(jié)果

序號比利時路沖擊路鵝卵石路繩索路圓餅路GAP/mmTolerance/mmTarget/mm Max_DispZ風(fēng)險率Max_DispZ風(fēng)險率/%Max_DispZ風(fēng)險率Max_DispZ風(fēng)險率Max_DispZ風(fēng)險率 Ip 100.10.82%0.151.79%0.070.49%0.110.96%0.020.2%0.50.50.41 IP 110.010.19%0.112.87%0.020.26%0.123.59%0.010.14%0.30.30.25

2.4 振動異響臺架及整車異響評價

在產(chǎn)品驗證階段，通過振動臺架主觀評價內(nèi)飾零件異響等級，確認(rèn)異響發(fā)生頻率及部位，提出整改方法并驗證。為獲取各系統(tǒng)振動臺架的激勵源，需在整車異響道路測試中采集關(guān)鍵位置加速度曲線，各系統(tǒng)臺架試驗的夾具設(shè)計需保證整車下的安裝狀態(tài)，圖13為某車型儀表板總成振動臺架試驗。

圖13 某儀表板總成振動臺架試驗

四立柱異響評價能夠在試驗室模擬不同路面，不受外界環(huán)境噪音影響，快速尋找異響源，同時可以檢測不同溫度、濕度環(huán)境下異響問題，相比整車道路異響評價更加方便，如圖14所示。

3 總結(jié)

本文通過分析內(nèi)飾異響影響因素，將異響管控辦法運用在內(nèi)飾件正向開發(fā)流程中，在產(chǎn)品設(shè)計前期對設(shè)計要素進(jìn)行異響管控，結(jié)合CAE分析與試驗評價，有效降低異響風(fēng)險。

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Research on Abnormal Noise Control of Automobile Interior Parts

PENG Yun, LI Dongqiang, ZHANG Hua

（Automotive Engineering Institute, Guangzhou Automobile Group Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 511434）

Abnormal noise of automobile interior parts is an important part that affects the perceived quality of passengers. Based on the analysis of the mechanism of abnormal noise of interior parts, the key causes of abnormal noise are analyzed, and a forward development process of interior parts based on abnormal noise control is proposed. Through the target decomposition of abnormal noise of each system and the design of structural schemes, the design elements of interior parts are controlled in the early stage of design, combined with CAE analysis, vibration bench test, and vehicle abnormal noise evaluation, which effectively reduces the risk of abnormal noise and improves the automobile interior parts reliability.

Interior parts;Abnormal noise; CAE; Design optimization

U461.4

A

1671-7988(2021)20-71-06

U461.4

A

1671-7988(2021)20-71-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.020.017

彭云，就職于廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院。