汪 珊，孔令霞Wang Shan，Kong Lingxia

基于客觀測試的汽車安全帶收卷器異響問題優(yōu)化

汪 珊，孔令霞
Wang Shan，Kong Lingxia

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

某車型的整車測試過程中安全帶收卷器在關(guān)門瞬間出現(xiàn)共振噪聲，該噪聲嚴重影響關(guān)門聲品質(zhì)。通過客觀測試方式，分析國產(chǎn)與CKD（Completely Knock Down，全散裝進口）樣件的噪聲差異，運用魚骨圖及交叉試驗鎖定影響該噪聲的下級關(guān)鍵零部件，從尺寸控制的角度提出改進措施，通過優(yōu)化關(guān)鍵尺寸，安全帶收卷器的關(guān)門噪聲有了明顯改善。

安全帶收卷器；共振噪聲；交叉試驗；尺寸優(yōu)化

0 引 言

某汽車生產(chǎn)廠商特別關(guān)注消費者的主觀評價，尤其在新車型試裝過程中客戶對關(guān)門聲品質(zhì)的整體評價尤為重視。目前，汽車聲品質(zhì)的研究主要集中在車內(nèi)駕乘空間，主客觀評價包括聲音響度、尖銳度、粗糙度等。近年來，工程師更加關(guān)注瞬態(tài)聲品質(zhì)，良好的關(guān)門聲可以使客戶產(chǎn)生安全、舒適、豪華、厚重的主觀感受。

1 問題提出

1.1 關(guān)門時B柱共振噪聲

考核員對某試裝階段的新車型進行關(guān)門聲品質(zhì)主觀評價時，發(fā)現(xiàn)左、右前門的關(guān)門瞬間B柱下飾板區(qū)域出現(xiàn)了嚴重共振。拆解后發(fā)現(xiàn)，即使拆除B柱飾板，共振現(xiàn)象依然重現(xiàn)。檢查發(fā)現(xiàn)安全帶收卷器與白車身連接緊密，無松動現(xiàn)象，拆下安全帶收卷器，噪聲消失，進一步分析確認B柱安全帶收卷器為問題點。

1.2 安全帶收卷器安裝結(jié)構(gòu)

在安裝結(jié)構(gòu)上，該收卷器采用豎直安裝方式，其與白車身B柱之間上端采用M8螺栓連接，下端先通過2個卡腳與白車身卡接，再用M10螺栓打緊，螺栓的緊固扭矩為（35±5）Nm，具體安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 B 柱安全帶收卷器安裝結(jié)構(gòu)

2 測試分析

2.1 安全帶卷軸關(guān)門共振測試

為了避免主觀評價的隨機性，選擇客觀測試分析安全帶收卷器的噪聲。如圖2所示，采用Head公司聲學(xué)麥克風(fēng)傳感器和加速度傳感器，分別測量噪聲水平分貝值和加速度振動頻率，采用相同關(guān)門力，對產(chǎn)生的共振噪聲進行測試，并用Artemis SUITE軟件對該噪聲及振動進行聲學(xué)分析。

經(jīng)聲學(xué)軟件分析發(fā)現(xiàn)，B柱安全帶收卷器在關(guān)門瞬間有一個0.7 s左右的共振噪聲，其共振頻率為500～10 000 Hz。在相同關(guān)門力條件下，多次測量該噪聲水平發(fā)現(xiàn)數(shù)值一致性好，如圖3所示。

圖2 安全帶卷軸噪聲客觀測試

圖3 安全帶收卷器共振噪聲

試驗過程中發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)樣件均存在共振噪聲。為分析噪聲產(chǎn)生的根本原因，采用一批CKD（Completely Knock Down，全散裝進口）樣件進行對比。通過對比發(fā)現(xiàn)，CKD樣件與國產(chǎn)樣件有明顯的共振噪聲差異，CKD樣件在關(guān)門沖擊瞬間干凈利落，無雜聲，而國產(chǎn)樣件在沖擊瞬間有明顯共振現(xiàn)象，如圖4所示。

圖4 CKD樣件與國產(chǎn)樣件聲學(xué)對比

2.2 魚骨圖分析

為分析產(chǎn)生共振噪聲的根本原因，在Minitab軟件中采用魚骨圖方式列出所有潛在風(fēng)險因素。按照人、機、料、法、環(huán)的分類方式進行分析，如圖5所示。

圖5 安全帶卷軸影響因素的魚骨圖

圖5中對所有的關(guān)鍵因素進行篩選排除，最大懷疑點為安全帶收卷器。該款車型采用主動預(yù)緊式安全帶，配合Pre-Safe系統(tǒng)，當探測到可能發(fā)生危險時，安全帶會自動收緊，保證碰撞發(fā)生之前乘員在座椅上的位置被有效矯正；當危險狀況解除后，主動控制收卷器會自動回縮安全帶，恢復(fù)之前的松緊狀態(tài)，實現(xiàn)可逆的預(yù)收緊。

圖6 主動預(yù)緊式安全帶收卷器及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖6為預(yù)緊式收卷器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其主要組成部件包括ECU、骨架電機、帶感鎖止機構(gòu)、車感和角感鎖止機構(gòu)。預(yù)緊式收卷器包括被動安全組成部分和主動安全組成部分。其中，被動安全組成部分包含緊急鎖止式安全帶、可變限力桿及氣體發(fā)生器；主動安全組成部分包含ECU控制器、驅(qū)動單元，以及其中的軟件與算法，驅(qū)動單元包含直流電機、傳動齒輪及離合器等結(jié)構(gòu)。最關(guān)鍵的帶感鎖止機構(gòu)的組成部件如圖7所示，該部分是最有可能產(chǎn)生噪聲的組件。

圖7 帶感鎖止機構(gòu)爆炸圖

3 關(guān)鍵子零部件的影響

3.1 收卷器對比分析

為確定共振噪聲產(chǎn)生的部位，采用貼加速度傳感器的方式分析收卷器在關(guān)門瞬間各子零部件產(chǎn)生的振幅大小，各測試點見表1。

表1 加速度傳感器的測試位置

各傳感器安裝在5個不同的位置，如圖8所示，分別在相同的車身上安裝國產(chǎn)和CKD安全帶收卷器，對比分析各關(guān)鍵零部件的振動差異，測試結(jié)果如圖9所示。由于緊固螺釘與白車身直接相連，點1、點3和點5沒有較大的振幅波動。

圖8 加速度傳感器安裝方案

通過對比圖9中各傳感器數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，點2和點4的向振幅較大，收卷器振幅最大的點為安全帶下支架點4的向；CKD樣件的固有頻率為46.88 Hz，國產(chǎn)樣件的固有頻率為43.96 Hz，在相同外力的作用下，固有頻率低的樣件，更容易激勵出共振頻率，因此CKD樣件明顯優(yōu)于國產(chǎn)樣件，在相同的關(guān)門力作用下，國產(chǎn)收卷器相對于CKD收卷器更容易產(chǎn)生振動噪聲。

圖9 各個關(guān)鍵測量點振動對比

3.2 關(guān)鍵子零部件確認

對比國產(chǎn)與CKD安全帶收卷器并結(jié)合圖4中聲學(xué)特性以及濾波分析發(fā)現(xiàn)，二者在1 500～2 000 Hz有一個明顯的共振噪聲，CKD樣件的振動加速度明顯低于國產(chǎn)樣件，如圖10所示。需進一步確認收卷器中影響噪聲的關(guān)鍵子零件。

圖10 國產(chǎn)與CKD樣件振動測試對比

采用國產(chǎn)樣件和CKD樣件的交叉試驗來確定關(guān)鍵子零件，通過評價收卷器支架向加速度來確認影響共振的最關(guān)鍵因素。測試中發(fā)現(xiàn)噪聲主要從帶感鎖止機構(gòu)中發(fā)出，通過3階段交叉試驗確定噪聲產(chǎn)生的根本原因。階段1驗證測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性，階段2驗證拆裝過程對噪聲的影響，階段3驗證產(chǎn)生噪聲的具體子零件，通過對圖7中關(guān)鍵子零件組合交叉找到根本原因。

圖11 安全帶收卷器子零件的交叉試驗

圖11為對帶感鎖止機構(gòu)下一級子零件進行交叉試驗，結(jié)果顯示，當控制盤交叉時，噪聲水平出現(xiàn)明顯的交叉，控制盤是最低級的子零件，因此控制盤是噪聲產(chǎn)生的最主要影響因子。

4 影響部件的驗證及優(yōu)化

4.1 關(guān)鍵零件驗證

為驗證控制盤是否為產(chǎn)生噪聲的根本原因，將國產(chǎn)收卷器去除掉控制盤，之后重復(fù)相同的聲壓級測試，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)樣件的共振聲壓級有了明顯改善，當振動頻率為1 500～2 000 Hz時，國產(chǎn)樣件與CKD樣件的振動加速度沒有明顯差異，如圖12所示，說明供應(yīng)商需更改控制盤的配合尺寸。

國產(chǎn)樣件與CKD樣件的振動加速度差異主要在收卷器內(nèi)的控制盤曠量控制，曠量由傳感器蓋及控制盤組合體的尺寸決定，在原始設(shè)計中，國產(chǎn)樣件的傳感器蓋與控制盤組合體之間的徑向間隙應(yīng)為0.2 mm，如圖13所示。

圖12 控制盤對噪聲影響的驗證

圖13 控制盤的結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵尺寸

4.2 關(guān)鍵尺寸優(yōu)化

檢查圖紙發(fā)現(xiàn)，控制盤直徑的設(shè)計尺寸為（36±0.05）mm，經(jīng)過三坐標實際測量可得，國產(chǎn)樣件為35.97～35.99 mm，這一尺寸偏向設(shè)計尺寸下限，而CKD樣件尺寸為36.03～36.10 mm，這一尺寸部分超出設(shè)計尺寸上限。

根據(jù)以上對比，將國產(chǎn)樣件控制盤的模具直徑尺寸優(yōu)化0.5 mm，如圖14所示，增加控制盤直徑，減小控制盤與鎖止機構(gòu)的間隙。優(yōu)化后，批量試驗結(jié)果說明增加控制盤直徑可以明顯解決共振噪聲問題。

圖14 控制盤關(guān)鍵尺寸優(yōu)化

5 總 結(jié)

車門關(guān)閉時安全帶的卷軸會產(chǎn)生噪聲，當設(shè)計間 隙不合理時，實際零件尺寸發(fā)生公差內(nèi)偏差，仿真分析并不能模擬沖擊瞬間收卷器內(nèi)各零件相對位移，因此總成內(nèi)部噪聲問題不能采用仿真方法進行分析。通過理論與實際相結(jié)合的客觀分析，確定收卷器內(nèi)產(chǎn)生噪聲的關(guān)鍵部件，分析出關(guān)鍵尺寸，并進行驗證，提出優(yōu)化方案，為噪聲分析提供一種新的思路。

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2021-09-01

1002-4581（2021）06-0026-05

U491.6+1.03

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.06.008