后視鏡折疊異響問題的理論分析與解決

易熙

（上海汽車集團股份有限公司乘用車公司）

后視鏡是呈現汽車后方視野的關鍵零件，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或手動折疊收攏功能。折疊功能一方面滿足了凸出物法規要求，保護碰撞中的行人安全，另一方面也可減小停車后的占據空間，避免后視鏡被碰擦的風險。但在后視鏡折疊過程中，很可能引發異響問題，在日益注重客戶用車舒適度體驗的今天，如何解決后視鏡折疊異響這類感官質量問題，成為目前后視鏡零件設計和質量控制的一項重要課題。文章針對一類典型的后視鏡折疊異響問題進行分析，從產品結構入手找到異響聲源，探討了觸發異響的原因機理，基于機理假設制定了解決措施并加以驗證，為后續類似問題的分析提供了參考。

1 后視鏡折疊異響的故障現象

在某汽車后視鏡項目開發中，發現在后視鏡電動折疊和手動折疊的過程中，都會偶發“嘎——”的明顯異響聲，持續時間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。而且該異響復現頻度無規律，有時候某個零件上反復折疊會持續出現，但大部分零件僅在初次或前幾次折疊后出現，之后繼續折疊復現程度低；也有個別零件甚至在靜置一兩天之后，再折疊時又發生異響。隨機抽檢100 個后視鏡，每個連續折疊50 次后探測問題，統計得到出現1 次或1 次以上異響問題的零件占比為42%，問題出現的比例非常高。一開始試圖從有異響和無異響零件的差異性方面去對比找原因，如零件的涂油潤滑情況、每個子零件的尺寸、總成零件的裝配狀態等，但經對比發現，有異響和無異響的零件無明顯的差異，由此推斷每個零件都可能隨機發生異響。由于該異響隨機間歇性發生，故障現象持續復現程度低、難以捕捉，要分析和解決問題非常困難，至今尚未見到系統的理論研究。文章借助此次問題進行了分析和理論探討。

2 折疊異響聲源確認

2.1 后視鏡運動結構解析

既然異響在每個零件上都可能隨機發生，在產品尺寸已確認符合設計要求的前提下，可以推斷該問題是由設計原因導致。要從根本上解決問題，就得從零件結構入手。該后視鏡折疊運動機構的數模剖切圖和實物圖，如圖1 所示。

圖1 后視鏡折疊運動機構的數模剖切圖和實物圖

從圖1 中可見，銷軸自下而上穿過了折疊電機、基板、彈簧、耐磨片、擋圈和U 形插片，是一種成熟典型的電動折疊后視鏡結構布置。而且異響在手動折疊和電動折疊模式中都會發生，這就排除了結構形式、電機本身缺陷導致異響的可能，問題的分析需從運動件之間的配合細節去著眼。

2.2 異響聲源的確認

基于聲音產生的原理，通過觀察后視鏡的折疊過程，去尋找異響源振動點。以電動折疊過程為例，以銷軸為參照物，發現折疊時，基板圍繞銷軸做轉動并且與銷軸圓柱外表面存在0.5 mm 的間隙，基板無摩擦和振動現象。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，所以彈簧在整個折疊過程中相對基板、耐磨片都是靜止的，也無振動現象。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動，水平方向無限位，存在活動空間。在這3 個零件的2 個接觸面中，哪一個接觸面的摩擦力大，該接觸面就是靜止的，而摩擦力小的接觸面就是相互運動的面。實際觀察發現，正常裝配的零件，擋圈的上下表面都是涂了潤滑脂的，這2 個接觸面哪一個存在相對運動具有隨機性，有時候是其中1 個面在運動，有時候2 個面都在運動，而且與異響的發生無特別關聯關系。但重要的一點是，在異響發生時，該三者切實被觀察到了明顯的振動，由此鎖定它們之間的運動產生的振動即是異響聲源。

3 異響機理的探討和驗證

3.1 異響機理的推測

確認異響聲源和觸發異響的運動細節之后，查閱“摩擦振動”理論相關的文獻可知，摩擦振動多見于汽車制動、回轉鉸鏈等研究領域：由摩擦產生振動，振動進一步導致異響，被稱為摩擦振動異響[1-4]。摩擦振動存在3 個特點：1）振動產生于低速滑動時，并常常伴隨產生噪聲，而于高速時消失；2）振動的振幅和頻率與滑動速度、滑動件質量和系統的剛度有關；3）產生振動時第1 個振動波的振幅比其后振動的振幅大得多[5-8]。文章的后視鏡折疊異響故障現象完全符合摩擦振動的特點，因此推斷該異響問題正屬于摩擦振動異響。文章根據摩擦振動的理論方法制定解決方案，對理論的適用性加以驗證。

3.2 基于機理推測制定優化措施

已知的摩擦振動理論研究成果已經給出了3 種消除摩擦振動的方法：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系統以避免在載荷下變形過大，這樣能縮短黏著時間，利于摩擦振動的消除[9-14]。這些改善方案中，最為有效的是減小摩擦力。動摩擦力公式，如式（1）所示。

式中：f——動摩擦力，N；

μ——動摩擦因數；

N——垂直力，N。

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

3.3 優化措施的效果驗證

3.3.1 避免接觸產生摩擦

確認了異響來源于耐磨片、擋圈、U 形插片三者之間的摩擦運動，而這三者疊加構成了運動機構，無法實現不接觸，但可以避免一些不必要的接觸面。比如：擋圈翻邊根部原設計為沖壓直角，翻邊內壁與U 形插片外邊緣極近點設計的間隙為0.1 mm，在實際運動時不可避免存在摩擦。針對這點，對形狀和尺寸進行改善，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，即極近點理論間隙增大為0.5 mm，避免和擋圈的翻邊內壁摩擦，消除該區域帶來的摩擦（如圖2b 所示）。該改善措施（以下簡稱措施1）實施后，100 件產品經50 次折疊檢查后發現，故障發生的概率從42%下降為32%，說明該位置的摩擦力對異響問題有一定的貢獻。

圖2 擋圈和U 形插片配合的尺寸改變方案示意圖

3.3.2 減小接觸面動摩擦因數

減小接觸面動摩擦因數的方法有接觸面涂油、零件表面粗糙度提高、用滾動摩擦代替滑動摩擦等。在實施優化措施1 的前提下，提高擋圈和U 形插片2 個零件的表面粗糙度來減小動摩擦因數——表面粗糙度由12.5 提高到3.2（以下簡稱措施2），100 件產品經50 次折疊檢查，異響發生的概率從32%進一步下降為25%。繼續進行驗證，對耐磨片和U 形插片的摩擦形式進行改善，如圖3 所示。1）將耐磨片由現有的POM塑料圓環改為滾珠圓環（如圖3a 所示，以下簡稱措施3），即滑動摩擦改為滾動摩擦，同樣對100 個零件進行50 次折疊檢查，異響發生概率由25%進一步降低為0，異響完全消除。滾珠圓環方案實施后雖然對異響問題的解決非常有效，但不足之處是該措施會導致成本上升，滾珠圓環價格是原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，設計出6 個高0.2 mm 的沖壓凸點（如圖3b 所示，以下簡稱措施4，僅沖壓模修改增加凸點，成本幾乎可以忽略），使它與擋圈的接觸由面接觸改為點接觸。經統計確認，問題的發生概率由25%降低為5%，降幅非常明顯，表明平面摩擦因數是本次問題的主導性因素。

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。原設計的彈簧壓縮力為500 N，經逐級減小驗證，彈簧剛度在滿足鏡頭振動特性的前提下，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%進一步降低為18%。如果措施1、2、4、5 疊加，異響發生概率由最初的42%降低為0。即通過減除擋圈翻邊內壁與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后，在成本幾乎不變的前提下，解決了該異響問題，是性價比非常高的方案。目前為止，該狀態零件已經裝車使用逾2 萬件，交到客戶手中時間超3 個月，尚未發現折疊異響問題，驗證了方案的有效性。

3.3.4 優化措施疊加

基于摩擦振動理論，文章制定了5 種措施，它們及相關組合的驗證效果總結，如圖4 所示。從圖4 中發現，消除局部摩擦接觸、降低摩擦因數、改滑動摩擦為滾動摩擦、減小垂直力等都分別對該問題的發生率有降低作用，印證了摩擦振動理論對該問題的適用性。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 優化措施實施后經50 次折疊后的后視鏡異響比例圖

4 結論

文章基于某類后視鏡折疊異響故障現象的特點，推斷異響由摩擦振動導致。基于摩擦振動理論制定優化措施，通過檢查統計數據，驗證了措施的效果，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理論對該類問題的適用性。明確的理論指導為后續類似問題的分析提供了依據，必然會提高問題的解決效率。