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廣汽 | 汽車內(nèi)飾按壓異響研究

2021-09-12 00:22:18·  來(lái)源：AUTO內(nèi)飾行家  
　
摘要：針對(duì)汽車內(nèi)飾件按壓異響問(wèn)題，文章分析得出剛度與摩擦特性是按壓異響主要成因，并分別從材料兼容性、零件分件與匹配形式、零件整體與局部剛度、零件容差性
摘要：針對(duì)汽車內(nèi)飾件按壓異響問(wèn)題，文章分析得出剛度與摩擦特性是按壓異響主要成因，并分別從材料兼容性、零件分件與匹配形式、零件整體與局部剛度、零件容差性等方面分析對(duì)按壓異響的影響。提出了按壓異響主觀評(píng)價(jià)方法和正向開發(fā)流程，在不同開發(fā)階段，通過(guò)典型斷面設(shè)計(jì)、安裝點(diǎn)及限位結(jié)構(gòu)布置、接觸點(diǎn)檢查、CAE 分析、防異響材料，降低按壓異響發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，提高內(nèi)飾件的可靠性。
關(guān)鍵詞：內(nèi)飾件；按壓異響；設(shè)計(jì)優(yōu)化；CAE

隨著汽車保有量的增加，汽車舒適性成為各汽車競(jìng)爭(zhēng)的主要領(lǐng)域，尤其是隨著新能源車的增加，車內(nèi)異響問(wèn)題逐步凸顯，如何有效解決汽車異響問(wèn)題成為重要的研究課題。異響（BSR）是指受外部激勵(lì)的情況下相鄰零部件之間發(fā)生相對(duì)位移而產(chǎn)生的摩擦或敲擊噪音。異響按原理分為共振異響（Buzz）、摩擦異響（Squeak）、敲擊異響（Rattle）。根據(jù)異響激勵(lì)源不同，異響分為整車道路異響和靜態(tài)異響。道路異響是由路面激勵(lì)所引起的異響，靜態(tài)異響是指整車未行駛狀態(tài)操作功能件及按壓內(nèi)飾件產(chǎn)生的異響[1]。崔曉鵬[2]以某SUV 車門系統(tǒng)異響開發(fā)為例，通過(guò)數(shù)模檢查、異響CAE 分析、異響試驗(yàn)結(jié)合的方法提出一套比較完整的異響控制方法與流程。段文君等人[3]從汽車內(nèi)飾件異響類型及原因分析，介紹了常見異響問(wèn)題排除診斷方法，并給出優(yōu)化建議。MartinTrapp[4]系統(tǒng)介紹了異響機(jī)理、材料副摩擦試驗(yàn)、異響CAE方法等內(nèi)容。劉二敏[5]和蔡金水[6]針對(duì)門飾板BSR 問(wèn)題，總結(jié)BSR 影響因素和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

按壓異響問(wèn)題在所有異響問(wèn)題中較為突出，如何系統(tǒng)有效解決按壓異響問(wèn)題是本文的主要研究?jī)?nèi)容。

按壓異響成因與影響要素分析

按壓異響指通過(guò)手指、手掌、手肘等部位按壓內(nèi)飾件表面使得相鄰零件發(fā)生相對(duì)位移產(chǎn)生的噪音，主要屬于摩擦類異響。按壓異響是不同材料零件匹配摩擦產(chǎn)生粘滑效應(yīng)（Stick-Slip）發(fā)生的異響，如圖1 所示。
（a）粘滑效應(yīng)物理模型
（b）粘滑效應(yīng)原理圖

圖1 典型粘滑效應(yīng)模型
根據(jù)粘滑效應(yīng)物理模型建立力學(xué)模型如下：
式中：m1和m2分別相鄰零件質(zhì)量，x 為按壓相對(duì)位移量，x¨為m1加速度，k為零件1剛度，F(xiàn)為按壓力，F(xiàn)f為摩擦力，μd為動(dòng)摩擦因數(shù)，μj為靜摩擦因數(shù)，F(xiàn)N為作用在m1上的正壓力。

根據(jù)公式（1）知按壓異響與零件結(jié)構(gòu)剛度、摩擦特性相關(guān)。從式（2）和式（3）可知，相互接觸的零件在外按壓力作用下，從靜止到運(yùn)動(dòng)過(guò)程，發(fā)生接觸粘滑效應(yīng)，但并不是所有粘滑效應(yīng)都會(huì)發(fā)生異響，它與接觸表面特征有關(guān)，與材料特性相關(guān)。按壓異響同時(shí)受系統(tǒng)靈敏度影響。系統(tǒng)靈敏度主要指零件整體剛度和局部剛度和安裝定位，表面特性主要指表面摩擦系數(shù)和材料兼容性。此外，內(nèi)飾件受環(huán)境溫度、濕度影響，尺寸及表面特性變化較大，圖2 為按壓異響影響因素。
圖2 按壓異響影響因素
研究表明，內(nèi)飾異響中80%是由于設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致[7]。針對(duì)按壓異響的影響因素，可從以下幾個(gè)方面解決按壓異響問(wèn)題：
材料匹配兼容性

不同材料間摩擦粘滑效應(yīng)產(chǎn)生異響的風(fēng)險(xiǎn)不同，通過(guò)材料摩擦試驗(yàn)得到不同材料匹配異響風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。圖3 為材料兼容性試驗(yàn)機(jī)，通過(guò)試驗(yàn)可以得到不同溫濕度、正壓力、摩擦速率下的材料異響等級(jí)及脈沖率（Impulse Rate）[8]，式（4）、式（5）為脈沖率計(jì)算公式。
式中：△d為△T 時(shí)間內(nèi)發(fā)生粘滑效應(yīng)的位移，N為△T時(shí)間內(nèi)發(fā)生粘滑效應(yīng)的次數(shù)，△p 為單位粘滑效應(yīng)的位移（relative displacement per pulse），Impulse Rate 為脈沖率。
圖3 材料兼容性試驗(yàn)機(jī)
圖4 為某車型ABS 與TPO 表皮材料兼容性試驗(yàn)結(jié)果。其中Grade 表示異響風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，1～3 級(jí)表明兩種材料間不會(huì)聽到Squeak；4～5 級(jí)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(jí)表明兩種材料匹配情況較差，能明顯聽到Squeak。
圖4 某車型ABS與TPO 表皮材料兼容性試驗(yàn)結(jié)果
汽車在生命周期內(nèi)，會(huì)面臨在不同路況上多種駕駛情況，因此，判斷材料摩擦副的兼容性有必要測(cè)試不同溫度、不同濕度、不同作用力、不同滑動(dòng)速度等情況，表1 為某車型PVC表皮與ABS 電鍍件材料兼容性部分試驗(yàn)結(jié)果。


在整車概念設(shè)計(jì)階段，合理選擇異響兼容性好的材料與表面處理，可以降低按壓異響風(fēng)險(xiǎn)。如將兼容性差的ABS與ABS 材料對(duì)改為兼容性好的ABS 與PP 材料對(duì)，將PVC表皮與ABS 材料對(duì)改為PVC 表皮與PP 材料對(duì)，將ABS 噴涂或電鍍件改為PP 普通蝕紋等。表2 為內(nèi)飾件典型材料對(duì)異響兼容性。

注：×表示材料兼容性差，易發(fā)生摩擦異響。√表示材料兼容性好，不易發(fā)生摩擦異響。
零件分件及匹配形式

在造型設(shè)計(jì)階段，零件分件形式及配合形式對(duì)按壓異響影響較大。合理的零件分件線布置，可以減少異響兼容性差的材料對(duì)配合區(qū)域，降低按壓異響發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。如減少零件構(gòu)成數(shù)量，可降低尺寸鏈構(gòu)成數(shù)量，減少配合間隙公差。減少材料不兼容配合分件區(qū)域，可以降低異響風(fēng)險(xiǎn)。如圖5 為某車型門飾板開關(guān)面板與扶手配合示意圖，開關(guān)面板為ABS材料，扶手PVC 包覆，如將PVC 包覆扶手做短，將ABS 與PVC 包覆調(diào)整為ABS與PP+EPDM-TD20 配合，可以降低異響風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低整車成本。

（a）異響兼容性差
（b）異響兼容性好

圖5 不同開關(guān)面板與扶手分件形式
考慮內(nèi)飾件按壓方向，針對(duì)材料異響兼容性差的匹配，將與按壓方向平行的配合分縫改為垂直按壓方向，可以降低零件相互摩擦力，降低異響風(fēng)險(xiǎn)，圖6 所示為IP 包覆件與裝飾條配合，按壓包覆件及裝飾條表面，壓接形式較對(duì)接形式更有利于降低異響風(fēng)險(xiǎn)。
（a）TPO 表皮與ABS對(duì)接配合
（b）TPO 表皮與ABS壓接配合

圖6 裝飾條對(duì)接與壓接配合形式
零件整體剛度和局部剛度
零件的整體剛度和局部剛度主要考察的是內(nèi)飾件在按壓工況下整體和局部抵抗變形的能力。整體剛度和局部剛度不足容易引起相鄰零件在按壓工況下同時(shí)發(fā)生相對(duì)位移，導(dǎo)致相鄰零件間隙變小或相互摩擦產(chǎn)生粘滑效應(yīng)而出現(xiàn)異響。整體剛度和局部剛度主要與安裝點(diǎn)、加強(qiáng)筋、支撐筋、限位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)較大。安裝點(diǎn)布置主要包含安裝點(diǎn)間距、安裝點(diǎn)到邊界距離。加強(qiáng)筋主要考慮按壓區(qū)域零件背部是否布置筋條，筋條布置的間距及高度需結(jié)合CAE 分析結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)。支撐筋設(shè)計(jì)主要分為兩種，一種是相鄰零件配合邊支撐，避免按壓位置發(fā)生相對(duì)位移，另一種針對(duì)整體按壓偏軟的零件，局部增加支撐柱作用鈑金或其他剛度高的零件。限位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為兩種，一種是零件的整體安裝定位策略，合理的限位結(jié)構(gòu)能夠有效地管理累積公差，控制間隙。另一種是零件配合的局部限位，通過(guò)合理的限位結(jié)構(gòu)布置，能夠有效避免按壓位置因缺少限位導(dǎo)致的相對(duì)滑動(dòng)。圖7 為某車型IP 裝飾條整體剛度和局部剛度優(yōu)化前后對(duì)比。
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