行人警告聲音系統結構設計

楊林，楊磊，史乃青

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行人警告聲音系統結構設計

楊林，楊磊，史乃青

（中國電子科技集團公司 第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

行人警告聲音系統的結構強度與防護性能，是結構系統設計的重要技術指標。分析了行人警告聲音系統的結構組成、材料選型與密封設計，并探討了該產品的結構強度和防護性能指標。通過力學仿真設計分析，論證該系統強度滿足產品的設計要求；通過產品零件的選型與密封結構的設計，系統防護等級達到IP67，該系統防護性能亦滿足產品設計要求。

行人警告聲音系統；結構強度；防護性能；力學仿真

電動汽車是當今世界比較環保、高效、發展迅速的交通工具，純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車在解決能源、環保和安全問題上起到至關重要的作用。電動汽車由于沒有配備傳統的燃油引擎，僅依靠電動馬達驅動車輛，因此在行駛時除了微微的電動聲響之外，在嘈雜的都市中無法使得道路的其它使用者察覺車輛靠近，造成車輛行人發生碰撞事故的可能。行人警告聲音系統（Vehicle Sound for Pedestrians，VSP）是一種主動安全產品，能主動發出行人容易識別的聲音以提醒車輛的靠近，而駕駛員和車內乘客卻不會受到干擾，在解決行人安全問題的同時，駕乘舒適性也得到了滿足。本文通過對某型汽車VSP進行結構設計，探討了VSP的結構組成、密封設計等關鍵技術。

1 行人警告聲音系統設計

VSP安裝在車輛前艙蓋里面的車身橫梁上，喇叭正前方安裝有高分子材料制成的前保險杠，VSP布局時與前保險杠應保留足夠的空間和安全距離。在有限的車體空間內，VSP的“適裝性”設計很重要，系統設計時盡量考慮VSP設計的小型化。

VSP從系統架構上分為了控制模塊和聲音輸出模塊，由系統電源、單片機驅動功率放大電路組成控制模塊，驅動揚聲器主動發出行人容易識別的聲音。控制模塊將信號輸入及輸出等數字電路集成到一張電路板，由單張電路板實現完整的VSP控制策略功能，同時將揚聲器集成設計到控制器中，最大限度的實現了VSP的集成設計。

圖1 VSP的系統原理圖

圖2 VSP實物示意圖

2 結構設計

行人警告聲音系統主要由上殼、下殼、支架、電路板、揚聲器構成，揚聲器與上殼、上殼與下殼及下殼與接插件線束之間均采用介質密封，形成防護等級為IP67的密閉腔體。其中上殼、下殼用工程塑料注塑成型，使用自攻螺釘固定，方便結構設計和加工，降低制造成本。在上殼、下殼模具內腔表層轉印特定的圖案，在外殼的表面形成獨特的皮革紋理。皮紋主要有裝飾和保護兩個功能，使得零部件表面有良好的外觀效果，遮蓋了產品表面的瑕疵，同時防止產品在加工運輸及裝配過程中被劃傷，留下劃痕，影響外觀。

2.1 上殼結構設計

上殼不僅對揚聲器的固定提供支撐，上殼中的音腔還對揚聲器的音效起放大作用，在保證性能指標的同時，還應易于成型制造。VSP不屬于駕駛艙室內零部件，惡劣的使用環境對殼體材質提出很高的要求。常用于汽車零部件殼體的材質有ABS、POM、PA、PBT、改性PPO、增強PC等，設計時除了需要考慮要有足夠的防護性外還需考慮產品的可靠性，因此選用的原材料應具備良好的硬度，同時為提高結構可靠性，可以考慮在塑料中添加一定比例的增強劑以增加強度；車載電子部件的設計應以體積小巧、質量輕薄為準，材料密度越小越好；材料選擇時應同時考慮使用常見的工程塑料，可以降低制造成本，同時滿足汽車行業大規模生產的要求。給予上述分析，上殼材質使用PA66＋30GE通過模具熱注塑成型。該上殼具備良好的綜合性能，強度好、重量輕、同時成本較低。上殼與發音頭之間采用整個圓周點膠的方式裝配密封，點膠槽深度2.0 mm，保證發音頭的裝配強度及密封性能。

2.2 下殼結構設計

下殼在固定電路板的前提下，與上殼、接插件之間存在密封結構設計，保證結構性能的同時應易于成型制造。下殼是VSP的結構主體，除了安裝和固定電路板、上殼外，同時需要與支架連接，需要保證足夠的強度，材料選擇與上殼相同的PA66＋30GF，在安裝接口定位柱上增加加強筋以增加下殼強度。由于發音頭的工作原理是利用其內部的電子電路，將直流電調制成脈沖電，然后通過電磁鐵驅動膜片振動系統，從而發出響聲。因此考慮到揚聲器的工作特性及VSP的音質效果，在下殼底部增加呼吸孔。VSP整體須滿足防護等級IP67的要求，需要在呼吸孔的位置增加防水透氣膜，以達到防水透氣的效果。

圖3 VSP上殼示意圖

圖4 VSP下殼示意圖

2.3 密封結構設計

VSP是駕駛艙室外件，結構應具備相應的防水等級。VSP安裝于汽車前艙蓋附近，客戶要求將防水等級定為IP67（具體要求見GB 4208－2008），即將產品放置于水下一米，持續半小時，要求沒有水滲入產品內部。針對防護要求，除了需要選擇防護等級IP67的接插件和發音頭外，對結構件連接處的密封也需要進行特別處理。由于上殼、下殼與接插件裝配后形成一個三個零件組成的不規則密封界面，因此選擇使用密封膠密封防水。通過將上殼、下殼和連接器之間設計為卡插式接觸，端面連接處預留一定的容膠空間，粘稠狀密封膠通過灌封填充零件之間的安裝間隙，牢固附著于零件表面，膠體固化后在表面形成均勻穩定的保護膜，對水起到很好的防護作用。上殼、下殼密封槽配合設計時采用外高內低的方式，點膠時可保證密封膠向產品內側滲入，避免影響產品外觀。上下殼的裝配螺釘孔選擇設計在密封槽外，簡化了產品點膠的工藝，取消了螺釘孔的點膠工序。

圖5 VSP密封槽示意圖

圖6 VSP裝配螺釘位置示意圖

2.4 支架設計

支架作為VSP和車輛間過渡轉接件，是VSP裝配在不同車型上的基礎，不同的車型設計不同的匹配支架。支架設計時，盡量避免結構較為復雜或折彎處過多的情況，對支架局部受力矩較大點及折彎處應做加筋處理以增加支架強度。模擬支架在靜態的情況下受力分析，支架強度較好，折彎處強度較低，已做加筋處理，分析結果滿足安裝要求。

圖7 支架受力靜態分析

3 結束語

VSP具有廣闊的發展前景，國內各大車企紛紛推出各自的新能源汽車，推薦標準已經出臺，VSP作為汽車安全部門逐漸成為新能源汽車的標配。本文論述了某行人警告聲音系統產品的結構設計，此方案具有結構簡單、功能齊備、適應性強等優點，滿足了新能源汽車的使用要求，具備了低成本大批量制造的工業化生產的前提條件。

本文介紹的VSP已經成功應用于產品的實際生產，也為其他汽車電子產品研究提供了參考和借鑒作用。

[1]孟偉偉. 電動汽車行人聲音警報系統的研究[J]. 北京：電子技術與軟件工程，2015（11）：253，258.

[2]楊德新. 汽車喇叭的結構與工作原理[J]. 石家莊：中小企業管理與科技（中旬刊），2015（6）：236-238.

[3]邱宣懷. 機械設計[M]. 北京：高等教育出版社，1998.

[4]朱倩，李曉峰. 汽車內飾皮紋的設計[J]. 機械，2015，42（7）：54-59，63.

Structure Design of Pedestrian Warning Sound System

YANG Lin，YANG Lei，SHI Naiqing

( The 38th Research Institute, CETC, Hefei 230088, China )

The structure strength and protection performance of the vehicle sound for pedestrians are the important technical indexes of the design of the structure system. In this paper, the structure, material selection and seal design of a vehicle sound for pedestrians are analyzed, and the structural strength and protective performance indexes of the product are also discussed. Through the analysis of the mechanical simulation design, it is demonstrated that the strength of the system meets the design requirements of the product. Through the selection of the product parts and the design of the sealing structure, the system protection level is IP67, and the protection performance of the system also meets the requirements of the product design.

vehicle sound for pedestrians；structural strength；protective performance；mechanical simulation

U463.65+3

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.06.012

1006－0316 (2018) 06－0064－04

2017－12－06

楊林（1989－），男，安徽安慶太湖人，本科，工程師，主要從事車載電子產品結構設計工作。