后視鏡折疊異響問題的理論分析與解決

易熙

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司乘用車公司）

后視鏡是呈現(xiàn)汽車后方視野的關(guān)鍵零件，是集使用和外觀裝飾功能為一體的零件。后視鏡一般都具備電動(dòng)或手動(dòng)折疊收攏功能。折疊功能一方面滿足了凸出物法規(guī)要求，保護(hù)碰撞中的行人安全，另一方面也可減小停車后的占據(jù)空間，避免后視鏡被碰擦的風(fēng)險(xiǎn)。但在后視鏡折疊過程中，很可能引發(fā)異響問題，在日益注重客戶用車舒適度體驗(yàn)的今天，如何解決后視鏡折疊異響這類感官質(zhì)量問題，成為目前后視鏡零件設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制的一項(xiàng)重要課題。文章針對(duì)一類典型的后視鏡折疊異響問題進(jìn)行分析，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)入手找到異響聲源，探討了觸發(fā)異響的原因機(jī)理，基于機(jī)理假設(shè)制定了解決措施并加以驗(yàn)證，為后續(xù)類似問題的分析提供了參考。

1 后視鏡折疊異響的故障現(xiàn)象

在某汽車后視鏡項(xiàng)目開發(fā)中，發(fā)現(xiàn)在后視鏡電動(dòng)折疊和手動(dòng)折疊的過程中，都會(huì)偶發(fā)“嘎——”的明顯異響聲，持續(xù)時(shí)間1～3 s 不等，在駕駛員位置測量該聲音大小約54 dB，是客戶能明顯感知并難以接受的異響。而且該異響復(fù)現(xiàn)頻度無規(guī)律，有時(shí)候某個(gè)零件上反復(fù)折疊會(huì)持續(xù)出現(xiàn)，但大部分零件僅在初次或前幾次折疊后出現(xiàn)，之后繼續(xù)折疊復(fù)現(xiàn)程度低；也有個(gè)別零件甚至在靜置一兩天之后，再折疊時(shí)又發(fā)生異響。隨機(jī)抽檢100 個(gè)后視鏡，每個(gè)連續(xù)折疊50 次后探測問題，統(tǒng)計(jì)得到出現(xiàn)1 次或1 次以上異響問題的零件占比為42%，問題出現(xiàn)的比例非常高。一開始試圖從有異響和無異響零件的差異性方面去對(duì)比找原因，如零件的涂油潤滑情況、每個(gè)子零件的尺寸、總成零件的裝配狀態(tài)等，但經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，有異響和無異響的零件無明顯的差異，由此推斷每個(gè)零件都可能隨機(jī)發(fā)生異響。由于該異響隨機(jī)間歇性發(fā)生，故障現(xiàn)象持續(xù)復(fù)現(xiàn)程度低、難以捕捉，要分析和解決問題非常困難，至今尚未見到系統(tǒng)的理論研究。文章借助此次問題進(jìn)行了分析和理論探討。

2 折疊異響聲源確認(rèn)

2.1 后視鏡運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)解析

既然異響在每個(gè)零件上都可能隨機(jī)發(fā)生，在產(chǎn)品尺寸已確認(rèn)符合設(shè)計(jì)要求的前提下，可以推斷該問題是由設(shè)計(jì)原因?qū)е?。要從根本上解決問題，就得從零件結(jié)構(gòu)入手。該后視鏡折疊運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)模剖切圖和實(shí)物圖，如圖1 所示。

圖1 后視鏡折疊運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)模剖切圖和實(shí)物圖

從圖1 中可見，銷軸自下而上穿過了折疊電機(jī)、基板、彈簧、耐磨片、擋圈和U 形插片，是一種成熟典型的電動(dòng)折疊后視鏡結(jié)構(gòu)布置。而且異響在手動(dòng)折疊和電動(dòng)折疊模式中都會(huì)發(fā)生，這就排除了結(jié)構(gòu)形式、電機(jī)本身缺陷導(dǎo)致異響的可能，問題的分析需從運(yùn)動(dòng)件之間的配合細(xì)節(jié)去著眼。

2.2 異響聲源的確認(rèn)

基于聲音產(chǎn)生的原理，通過觀察后視鏡的折疊過程，去尋找異響源振動(dòng)點(diǎn)。以電動(dòng)折疊過程為例，以銷軸為參照物，發(fā)現(xiàn)折疊時(shí)，基板圍繞銷軸做轉(zhuǎn)動(dòng)并且與銷軸圓柱外表面存在0.5 mm 的間隙，基板無摩擦和振動(dòng)現(xiàn)象。彈簧安裝后彈力約為500 N，這一極大的彈力讓彈簧被緊緊擠壓在基板的彈簧固定槽和耐磨片之間，耐磨片和基板又存在限位固定，所以彈簧在整個(gè)折疊過程中相對(duì)基板、耐磨片都是靜止的，也無振動(dòng)現(xiàn)象。在耐磨片、擋圈和U 形插片三者之中，耐磨片被基板限位，U 形插片被銷軸限位，而擋圈僅僅是垂直方向被彈力擠壓限制了運(yùn)動(dòng)，水平方向無限位，存在活動(dòng)空間。在這3 個(gè)零件的2 個(gè)接觸面中，哪一個(gè)接觸面的摩擦力大，該接觸面就是靜止的，而摩擦力小的接觸面就是相互運(yùn)動(dòng)的面。實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)，正常裝配的零件，擋圈的上下表面都是涂了潤滑脂的，這2 個(gè)接觸面哪一個(gè)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)具有隨機(jī)性，有時(shí)候是其中1 個(gè)面在運(yùn)動(dòng)，有時(shí)候2 個(gè)面都在運(yùn)動(dòng)，而且與異響的發(fā)生無特別關(guān)聯(lián)關(guān)系。但重要的一點(diǎn)是，在異響發(fā)生時(shí)，該三者切實(shí)被觀察到了明顯的振動(dòng)，由此鎖定它們之間的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)即是異響聲源。

3 異響機(jī)理的探討和驗(yàn)證

3.1 異響機(jī)理的推測

確認(rèn)異響聲源和觸發(fā)異響的運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)之后，查閱“摩擦振動(dòng)”理論相關(guān)的文獻(xiàn)可知，摩擦振動(dòng)多見于汽車制動(dòng)、回轉(zhuǎn)鉸鏈等研究領(lǐng)域：由摩擦產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)進(jìn)一步導(dǎo)致異響，被稱為摩擦振動(dòng)異響[1-4]。摩擦振動(dòng)存在3 個(gè)特點(diǎn)：1）振動(dòng)產(chǎn)生于低速滑動(dòng)時(shí)，并常常伴隨產(chǎn)生噪聲，而于高速時(shí)消失；2）振動(dòng)的振幅和頻率與滑動(dòng)速度、滑動(dòng)件質(zhì)量和系統(tǒng)的剛度有關(guān)；3）產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)第1 個(gè)振動(dòng)波的振幅比其后振動(dòng)的振幅大得多[5-8]。文章的后視鏡折疊異響故障現(xiàn)象完全符合摩擦振動(dòng)的特點(diǎn)，因此推斷該異響問題正屬于摩擦振動(dòng)異響。文章根據(jù)摩擦振動(dòng)的理論方法制定解決方案，對(duì)理論的適用性加以驗(yàn)證。

3.2 基于機(jī)理推測制定優(yōu)化措施

已知的摩擦振動(dòng)理論研究成果已經(jīng)給出了3 種消除摩擦振動(dòng)的方法：1）減小摩擦力，以使其受速度的變化影響較小，如采用靜壓軸承，或改善軸瓦表面材料；2）改善“摩擦力-速度（f-v）”曲線的不良特性，以使低速下f-v 曲線的梯度大致為0 甚至稍大一些；3）選擇剛度很大的傳動(dòng)系統(tǒng)以避免在載荷下變形過大，這樣能縮短黏著時(shí)間，利于摩擦振動(dòng)的消除[9-14]。這些改善方案中，最為有效的是減小摩擦力。動(dòng)摩擦力公式，如式（1）所示。

式中：f——?jiǎng)幽Σ亮?，N；

μ——?jiǎng)幽Σ烈驍?shù)；

N——垂直力，N。

降低摩擦力可以從降低接觸面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ 和減小垂直方向的壓力N 兩方面入手。具體到后視鏡產(chǎn)品，可以考慮從3 個(gè)方面來減小摩擦力，避免發(fā)生摩擦振動(dòng)：1）不接觸，不產(chǎn)生摩擦；2）減小接觸面動(dòng)摩擦因數(shù)；3）減小彈簧垂直向的壓縮彈力。

3.3 優(yōu)化措施的效果驗(yàn)證

3.3.1 避免接觸產(chǎn)生摩擦

確認(rèn)了異響來源于耐磨片、擋圈、U 形插片三者之間的摩擦運(yùn)動(dòng)，而這三者疊加構(gòu)成了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，無法實(shí)現(xiàn)不接觸，但可以避免一些不必要的接觸面。比如：擋圈翻邊根部原設(shè)計(jì)為沖壓直角，翻邊內(nèi)壁與U 形插片外邊緣極近點(diǎn)設(shè)計(jì)的間隙為0.1 mm，在實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)不可避免存在摩擦。針對(duì)這點(diǎn)，對(duì)形狀和尺寸進(jìn)行改善，如圖2 所示。1）將擋圈翻邊由直角改為向外傾斜30°，且根部倒圓角R2（如圖2a 所示）；2）U 形插片外徑減小1 mm，即極近點(diǎn)理論間隙增大為0.5 mm，避免和擋圈的翻邊內(nèi)壁摩擦，消除該區(qū)域帶來的摩擦（如圖2b 所示）。該改善措施（以下簡稱措施1）實(shí)施后，100 件產(chǎn)品經(jīng)50 次折疊檢查后發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生的概率從42%下降為32%，說明該位置的摩擦力對(duì)異響問題有一定的貢獻(xiàn)。

圖2 擋圈和U 形插片配合的尺寸改變方案示意圖

3.3.2 減小接觸面動(dòng)摩擦因數(shù)

減小接觸面動(dòng)摩擦因數(shù)的方法有接觸面涂油、零件表面粗糙度提高、用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦等。在實(shí)施優(yōu)化措施1 的前提下，提高擋圈和U 形插片2 個(gè)零件的表面粗糙度來減小動(dòng)摩擦因數(shù)——表面粗糙度由12.5 提高到3.2（以下簡稱措施2），100 件產(chǎn)品經(jīng)50 次折疊檢查，異響發(fā)生的概率從32%進(jìn)一步下降為25%。繼續(xù)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)耐磨片和U 形插片的摩擦形式進(jìn)行改善，如圖3 所示。1）將耐磨片由現(xiàn)有的POM塑料圓環(huán)改為滾珠圓環(huán)（如圖3a 所示，以下簡稱措施3），即滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦，同樣對(duì)100 個(gè)零件進(jìn)行50 次折疊檢查，異響發(fā)生概率由25%進(jìn)一步降低為0，異響完全消除。滾珠圓環(huán)方案實(shí)施后雖然對(duì)異響問題的解決非常有效，但不足之處是該措施會(huì)導(dǎo)致成本上升，滾珠圓環(huán)價(jià)格是原POM耐磨片的好幾倍。于是采用近似替代方案：在U 形插片下表面，設(shè)計(jì)出6 個(gè)高0.2 mm 的沖壓凸點(diǎn)（如圖3b 所示，以下簡稱措施4，僅沖壓模修改增加凸點(diǎn)，成本幾乎可以忽略），使它與擋圈的接觸由面接觸改為點(diǎn)接觸。經(jīng)統(tǒng)計(jì)確認(rèn)，問題的發(fā)生概率由25%降低為5%，降幅非常明顯，表明平面摩擦因數(shù)是本次問題的主導(dǎo)性因素。

圖3 耐磨片和U 形插片摩擦形式改善方案示意圖

3.3.3 減小彈簧的壓縮彈力

減小彈簧的壓縮彈力，即減小垂直力N 的方案。原設(shè)計(jì)的彈簧壓縮力為500 N，經(jīng)逐級(jí)減小驗(yàn)證，彈簧剛度在滿足鏡頭振動(dòng)特性的前提下，彈簧力最小可減小為380 N（以下簡稱措施5）。在實(shí)施措施1 和措施2 的前提下，再增加措施5，故障概率由25%進(jìn)一步降低為18%。如果措施1、2、4、5 疊加，異響發(fā)生概率由最初的42%降低為0。即通過減除擋圈翻邊內(nèi)壁與U 形插片的摩擦、減小彈簧壓縮力、在U 形插片小表面增加凸點(diǎn)后，在成本幾乎不變的前提下，解決了該異響問題，是性價(jià)比非常高的方案。目前為止，該狀態(tài)零件已經(jīng)裝車使用逾2 萬件，交到客戶手中時(shí)間超3 個(gè)月，尚未發(fā)現(xiàn)折疊異響問題，驗(yàn)證了方案的有效性。

3.3.4 優(yōu)化措施疊加

基于摩擦振動(dòng)理論，文章制定了5 種措施，它們及相關(guān)組合的驗(yàn)證效果總結(jié)，如圖4 所示。從圖4 中發(fā)現(xiàn)，消除局部摩擦接觸、降低摩擦因數(shù)、改滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦、減小垂直力等都分別對(duì)該問題的發(fā)生率有降低作用，印證了摩擦振動(dòng)理論對(duì)該問題的適用性。而措施1、2、4、5 疊加的方案，在幾乎不增加成本的前提下，解決了異響問題，成為最佳解決方案。

圖4 優(yōu)化措施實(shí)施后經(jīng)50 次折疊后的后視鏡異響比例圖

4 結(jié)論

文章基于某類后視鏡折疊異響故障現(xiàn)象的特點(diǎn)，推斷異響由摩擦振動(dòng)導(dǎo)致?；谀Σ琳駝?dòng)理論制定優(yōu)化措施，通過檢查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了措施的效果，其中4 種措施疊加形成了問題最終的解決方案。異響問題的解決反過來又證明了摩擦振動(dòng)理論對(duì)該類問題的適用性。明確的理論指導(dǎo)為后續(xù)類似問題的分析提供了依據(jù)，必然會(huì)提高問題的解決效率。