乘用車座椅系統(tǒng)振動(dòng)異響問(wèn)題探討

盛先志，侯輝，王艷林，王曉楠

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

NVH是指Noise（噪聲）、Vibration（振動(dòng)）、Harshnesss（不舒適性），汽車NVH特性就是研究車輛的噪聲和振動(dòng)對(duì)整車性能和舒適性的影響。隨著汽車技術(shù)的不斷推陳出新，各級(jí)供應(yīng)商和整車廠之間日益緊密的合作，不同品牌汽車的使用性能和安全性能之間的差別日趨縮小，相比之下，汽車的舒適性能如振動(dòng)和噪聲就常常成為區(qū)分汽車品牌好壞的重要因素。顧客對(duì)汽車舒適性的要求越來(lái)越高，每個(gè)國(guó)家對(duì)噪聲污染的控制越來(lái)越嚴(yán)，因此 NVH性能的好壞決定了一部分汽車在市場(chǎng)上的前景。作為汽車乘坐舒適性的重要指標(biāo)，NVH在很大程度上反映出了生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)水平及工藝水平，已經(jīng)成為衡量汽車質(zhì)量的重要標(biāo)志之一。

汽車座椅作為整車的一個(gè)重要部件，也是影響整車NVH性能的關(guān)鍵部件。本文介紹了某車型座椅系統(tǒng)振動(dòng)異響問(wèn)題的產(chǎn)生原因和解決措施，探討異響預(yù)防和控制的具體方法和程序，希望對(duì)后續(xù)車型的開發(fā)提供借鑒。

1 座椅常見振動(dòng)異響分析

1.1 異響產(chǎn)生的機(jī)理

根據(jù)異響產(chǎn)生的機(jī)理可以分為3類（見圖1）：

①振動(dòng)聲（Buzz）：結(jié)構(gòu)振動(dòng)或共振發(fā)出的嗡嗡的聲音。

②摩擦聲（Squeak）：物體表面接觸滑動(dòng)、摩擦產(chǎn)生的尖銳的吱吱聲。

③敲擊聲（Rattle）：相鄰零部件之間撞擊產(chǎn)生的咔嗒聲。

圖1 異響的分類

產(chǎn)生異響的原因主要有尺寸公差、裝配精度、接觸面材料的兼容性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題和產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題等等。由于異響的成因相當(dāng)復(fù)雜而且很難被模擬出來(lái)，因此解決異響問(wèn)題一直是困擾整車廠和供應(yīng)商的難題。

1.2 座椅異響故障分析

座椅系統(tǒng)是由頭枕、骨架（包括靠背骨架、坐墊骨架）、發(fā)泡（包括頭枕發(fā)泡、靠背發(fā)泡、坐墊發(fā)泡）、面套（包括靠背面套、坐墊面套）以及飾板等部件組成。

座椅系統(tǒng)異響按發(fā)出部位的不同，可細(xì)分為頭枕異響、靠背異響、坐墊異響、手柄異響等。座椅系統(tǒng)異響按產(chǎn)生機(jī)理，大致可分為座椅內(nèi)部構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦異響、撞擊異響和座椅系統(tǒng)與周邊間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦異響、撞擊異響。

1.2.1 座椅頭枕異響

某車型在強(qiáng)化路面上出現(xiàn)座椅頭枕抖動(dòng)異響的現(xiàn)象。經(jīng)檢查頭枕與座椅骨架的配合關(guān)系查出異響來(lái)源：頭枕導(dǎo)套內(nèi)徑與頭枕導(dǎo)桿外徑配合不良，間隙為 0.9-1.2mm，導(dǎo)致頭枕晃動(dòng)；頭枕晃動(dòng)，導(dǎo)致頭枕導(dǎo)桿與頭枕?xiàng)U鎖片相碰，產(chǎn)生異響。將頭枕導(dǎo)套內(nèi)部加筋，加筋后的孔徑與頭枕導(dǎo)桿直徑相配合，配合間隙為0-0.3mm（見圖2），同時(shí)實(shí)物做潤(rùn)滑處理，以減小頭枕操作力。通過(guò)改善頭枕導(dǎo)桿和頭枕導(dǎo)套的配合以消除頭枕?xiàng)U晃動(dòng)造成的異響。

圖2 2+3+2座椅布置型式

1.2.2 座椅靠背異響

某車型坐上駕駛員座椅靠向座椅靠背時(shí)，座椅靠背會(huì)發(fā)出“咯吱咯吱”的異響聲。經(jīng)檢查靠背鋼絲末端與靠背骨架之間是鐵與鐵的接觸，是產(chǎn)生異響的主要原因；其次，靠背發(fā)泡內(nèi)表面光滑，與靠背骨架直接接觸，也會(huì)產(chǎn)生輕微異響。將兩者的接觸方式做改變即可消除異響，具體方案為：靠背鋼絲末端采用包塑的形式，使得鋼絲表面的塑料層與靠背骨架接觸；靠背發(fā)泡內(nèi)表面的無(wú)紡布增加到發(fā)泡邊緣，使得無(wú)紡布與靠背骨架接觸（見圖3）。

圖3 座椅靠背異響①原因分析和解決方法

1.2.3 座椅靠背異響

圖4 座椅靠背異響②原因分析和解決方法

某車型駕駛員在座椅上調(diào)整坐姿時(shí)，座椅靠背內(nèi)部就會(huì)發(fā)出“格嘰格嘰”異響聲。用手按壓座椅靠背，此異響出現(xiàn)。經(jīng)檢查，靠背網(wǎng)格鋼絲與靠背側(cè)板連接處Z向存在晃動(dòng)量，當(dāng)用力快速按壓時(shí)產(chǎn)生異響。整改措施即為消除此晃動(dòng)量：改變網(wǎng)格鋼絲的折彎角度，使得靠背網(wǎng)格鋼絲與靠背側(cè)板連接牢靠（見圖4）。

1.2.4 座椅靠背異響

某車型后排座椅使用中，壓靠靠背側(cè)翼，與立柱飾板發(fā)出摩擦異響。經(jīng)檢查，座椅面與立柱面設(shè)計(jì)狀態(tài)存在間隙，但當(dāng)靠背晃動(dòng)時(shí)，座椅面與立柱面存在運(yùn)動(dòng)摩擦，發(fā)出異響。解決方案為修改座椅發(fā)泡，使座椅面與立柱面正常位置干涉，避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)摩擦；或者將摩擦部位面料由皮革改為織物（見圖 5）。

圖5 座椅靠背異響③原因分析和解決方法

1.2.5 座椅坐墊異響

某車型行駛中，安全帶插鎖與座椅面料間有摩擦異響。經(jīng)檢查，安全帶插鎖與面料干涉，車輛行駛時(shí)插鎖與座椅之間運(yùn)動(dòng)摩擦導(dǎo)致異響。解決措施即為將插鎖與面料隔開，或者將插鎖安裝點(diǎn)增加墊圈墊高插鎖，或者在插鎖背面貼上毛氈，使插鎖不直接與面料接觸（見圖6）。

圖6 座椅坐墊異響原因分析和解決方法

1.2.6 座椅把手異響

某車型座椅前后調(diào)節(jié)把手異響。經(jīng)檢查座椅前后調(diào)節(jié)導(dǎo)軌鎖止機(jī)構(gòu)較為松曠，鎖止機(jī)構(gòu)的間隙導(dǎo)致異響產(chǎn)生。通過(guò)更改鎖止彈簧的折彎角度，增大彈簧的預(yù)緊力（見圖7），減少滑軌操縱桿晃動(dòng)程度，以達(dá)到消除異響的目的。

圖7 座椅把手異響原因分析和解決方法

1.2.7 座椅把手異響

某車型座椅調(diào)節(jié)座椅高度時(shí)高度調(diào)節(jié)手柄位置異響。經(jīng)檢查，高度調(diào)節(jié)手柄與側(cè)飾板間隙過(guò)?。?.5mm），調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中兩者干涉，刮擦導(dǎo)致異響。將調(diào)高手柄與側(cè)飾板間隙增大到3mm（見圖8），即可在使用中無(wú)刮擦異響。

圖8 座椅手柄異響原因分析和解決方法

1.2.8 座椅鎖異響

某車型當(dāng)坐在后排座椅并靠向座椅靠背時(shí)，座椅靠背鎖止機(jī)構(gòu)處會(huì)出現(xiàn)“格嘰格嘰”的撞擊異響聲。經(jīng)檢查，用手晃動(dòng)座椅靠背時(shí)，靠背鎖止機(jī)構(gòu)有明顯的松曠異響。分析座椅鎖異響產(chǎn)生原因：1.橡膠墊塊高度不足，導(dǎo)致過(guò)盈量不足；2.橡膠墊塊彈性不足，易變形，增大了鎖舌與鎖桿的間隙；3.靠背鎖鎖舌沒有限位，導(dǎo)致鎖桿過(guò)分?jǐn)D壓鎖舌，一方面接觸到靠背鎖外殼體，導(dǎo)致磨損現(xiàn)象，另一方面增大了鎖舌與鎖桿的間隙，從而產(chǎn)生晃動(dòng)；4. 車身安裝孔位影響靠背上支架鎖桿的安裝角度，使得靠背鎖與鎖桿之間存在晃動(dòng)量。針對(duì)以上原因整改措施如下：1.橡膠墊塊高度增加 2.2mm，由原來(lái)的 4.5mm改為 6.7mm；2.橡膠墊塊邵氏硬度（HA）增加，由55改為65，斷裂伸長(zhǎng)率增加，由不小于320改為不小于380；3.靠背鎖鎖舌直線部分增加0.58mm，圓弧半徑增大0.67mm，起到限位作用（見圖9）。綜合消除靠背鎖桿間隙，以消除異響。

圖9 座椅鎖異響原因分析和解決方法

1.2.9 座椅共振異響

某車型在以某一車速行駛在顛簸路面上，座椅出現(xiàn)明顯嚴(yán)重晃動(dòng)現(xiàn)象。經(jīng)檢測(cè)，座椅在9Hz左右發(fā)生共振（見圖10）。問(wèn)題原因?yàn)樽我浑A模態(tài)與整車行駛中部分模態(tài)重合，產(chǎn)生共振。為解決此問(wèn)題，需要調(diào)整座椅模態(tài)，錯(cuò)開整車常見模態(tài)3Hz以上。改變座椅的模態(tài)可以改變座椅結(jié)構(gòu)、重量，或者座椅內(nèi)部增加諧振塊。

圖10 座椅振動(dòng)圖譜

2 座椅系統(tǒng)異響試驗(yàn)驗(yàn)證方法

異響可以通過(guò)專門的檢測(cè)路段、4通道模擬路譜或激振器直接激勵(lì)進(jìn)行評(píng)估和測(cè)試。對(duì)異響的評(píng)價(jià)要做到主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)試相結(jié)合。S&R路況道路試驗(yàn)可以在專用的汽車道路實(shí)驗(yàn)場(chǎng)里進(jìn)行，對(duì)各種行駛路況下車內(nèi)的異響等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。4通道模擬路譜試驗(yàn)可以在室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，激勵(lì)路譜可以選用汽車在專用的汽車道路實(shí)驗(yàn)場(chǎng)采集的路譜。

2.1 異響主觀評(píng)價(jià)

異響問(wèn)題可以通過(guò)整車路試進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)測(cè)試，其結(jié)果主要依賴于人的聽力和經(jīng)驗(yàn)。為了使主觀評(píng)價(jià)能夠準(zhǔn)確地評(píng)估異響，要確定異響產(chǎn)生的位置、類型和等級(jí)，然后分析原因，再找出相應(yīng)的解決辦法。

經(jīng)過(guò)上述座椅系統(tǒng)的異響問(wèn)題整改，主觀評(píng)價(jià)驗(yàn)證整改措施有效，達(dá)到預(yù)期消除異響的目標(biāo)。

表1 異響主觀評(píng)價(jià)匯總表

2.2 異響客觀評(píng)價(jià)

異響的客觀測(cè)試可以通過(guò)直接測(cè)量異響噪聲，確定噪聲對(duì)異響的貢獻(xiàn)量和異響的頻率。也可以測(cè)量零部件對(duì)異響的敏感度，異響敏感度就是在承受激勵(lì)時(shí)的響應(yīng)，靈敏度越高，響應(yīng)越大，振幅就越大，出現(xiàn)異響的幾率也越大。

以下是某車型的座椅在實(shí)驗(yàn)室的4通道模擬路譜試驗(yàn)。

圖11 某車型整車路譜采集

首先，某車型采集了五種路譜：①比利時(shí)路belgium block②鵝卵石路cobble stone③粗面磚路rough rick④瀝青補(bǔ)丁路tar patch⑤噪聲路harshness road（見圖11）。

圖12 實(shí)驗(yàn)室背景噪聲

圖13 座椅整改前后噪聲對(duì)比

其次，將座椅放在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)現(xiàn)四種路況進(jìn)行異響測(cè)試，背景噪聲見圖12。座椅整改前后噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)見圖13。由此客觀測(cè)試得出結(jié)論：某車型座椅系統(tǒng)的異響問(wèn)題基本解決，這與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果相吻合。

3 結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)座椅系統(tǒng)異響的整理分析中得出，座椅系統(tǒng)的異響問(wèn)題一般都是到整車和樣件出來(lái)后通過(guò)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的評(píng)價(jià)去發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而去分析和解決問(wèn)題，提高了產(chǎn)品成本，同時(shí)也極大地拖延了產(chǎn)品開發(fā)的周期。因此在方案設(shè)計(jì)階段就啟用異響預(yù)防方案和在具體座椅系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)參照以往車型的異響數(shù)據(jù)庫(kù)可盡量避免后期因振動(dòng)異響問(wèn)題造成的大量整改。

在方案設(shè)計(jì)階段，一套完整的異響預(yù)防方案應(yīng)該是模態(tài)分析初步判斷結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)→整車模態(tài)頻響分析→整車直接頻響分析→整車模態(tài)貢獻(xiàn)量分析→TPA傳遞路徑分析→結(jié)構(gòu)優(yōu)化。對(duì)于復(fù)雜的座椅系統(tǒng)異響問(wèn)題。建立系統(tǒng)性的異響評(píng)估和分析方法是十分必要的，這其中包括CAE分析，主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)試（異響控制流程見圖 14）。通過(guò)多款整車系統(tǒng)性的異響評(píng)估，逐步建立起各級(jí)別車型關(guān)于異響分析和測(cè)試的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而為解決異響問(wèn)題提供有價(jià)值的目標(biāo)值。最終建立在正確的分析方法、測(cè)試方法和目標(biāo)值這三者基礎(chǔ)上的異晌問(wèn)題知識(shí)庫(kù)。才能真正指導(dǎo)解決異響問(wèn)題。

圖14 座椅異響控制流程圖

通過(guò)對(duì)座椅異響問(wèn)題及解決方法的研究，并進(jìn)一步探討異響預(yù)防和控制的具體方法和程序，為后續(xù)車型設(shè)計(jì)開發(fā)提供參考。

[1] 龐劍等.汽車噪聲與振動(dòng)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2006.

[2] 高紅武.嗓聲控制技術(shù)（第2 版〕[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2009,（6).

[3] 漕渡.汽車內(nèi)外飾設(shè)計(jì)與實(shí)戰(zhàn).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.1 ISBN 978-7-111-32947-3.