基于客觀測試的汽車安全帶收卷器異響問題優化

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門瞬間出現共振噪聲，該噪聲嚴重影響關門聲品質。通過客觀測試方式，分析國產與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鍵零部件，從尺寸控制的角度提出改進措施，通過優化關鍵尺寸，安全帶收卷器的關門噪聲有了明顯改善。

安全帶收卷器；共振噪聲；交叉試驗；尺寸優化

0 引 言

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

1 問題提出

1.1 關門時B柱共振噪聲

考核員對某試裝階段的新車型進行關門聲品質主觀評價時，發現左、右前門的關門瞬間B柱下飾板區域出現了嚴重共振。拆解后發現，即使拆除B柱飾板，共振現象依然重現。檢查發現安全帶收卷器與白車身連接緊密，無松動現象，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構

在安裝結構上，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，具體安裝結構如圖1所示。

圖1 B 柱安全帶收卷器安裝結構

2 測試分析

2.1 安全帶卷軸關門共振測試

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公司聲學麥克風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，采用相同關門力，對產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分析。

經聲學軟件分析發現，B柱安全帶收卷器在關門瞬間有一個0.7 s左右的共振噪聲，其共振頻率為500～10 000 Hz。在相同關門力條件下，多次測量該噪聲水平發現數值一致性好，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

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

圖4 CKD樣件與國產樣件聲學對比

2.2 魚骨圖分析

為分析產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險因素。按照人、機、料、法、環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緊式安全帶，配合Pre-Safe系統，當探測到可能發生危險時，安全帶會自動收緊，保證碰撞發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，恢復之前的松緊狀態，實現可逆的預收緊。

圖6 主動預緊式安全帶收卷器及內部結構

圖6為預緊式收卷器內部結構，其主要組成部件包括ECU、骨架電機、帶感鎖止機構、車感和角感鎖止機構。預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生器；主動安全組成部分包含ECU控制器、驅動單元，以及其中的軟件與算法，驅動單元包含直流電機、傳動齒輪及離合器等結構。最關鍵的帶感鎖止機構的組成部件如圖7所示，該部分是最有可能產生噪聲的組件。

圖7 帶感鎖止機構爆炸圖

3 關鍵子零部件的影響

3.1 收卷器對比分析

為確定共振噪聲產生的部位，采用貼加速度傳感器的方式分析收卷器在關門瞬間各子零部件產生的振幅大小，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和CKD安全帶收卷器，對比分析各關鍵零部件的振動差異，測試結果如圖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中各傳感器數據發現，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樣件明顯優于國產樣件，在相同的關門力作用下，國產收卷器相對于CKD收卷器更容易產生振動噪聲。

圖9 各個關鍵測量點振動對比

3.2 關鍵子零部件確認

對比國產與CKD安全帶收卷器并結合圖4中聲學特性以及濾波分析發現，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樣件，如圖10所示。需進一步確認收卷器中影響噪聲的關鍵子零件。

圖10 國產與CKD樣件振動測試對比

采用國產樣件和CKD樣件的交叉試驗來確定關鍵子零件，通過評價收卷器支架向加速度來確認影響共振的最關鍵因素。測試中發現噪聲主要從帶感鎖止機構中發出，通過3階段交叉試驗確定噪聲產生的根本原因。階段1驗證測量系統的穩定性，階段2驗證拆裝過程對噪聲的影響，階段3驗證產生噪聲的具體子零件，通過對圖7中關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為對帶感鎖止機構下一級子零件進行交叉試驗，結果顯示，當控制盤交叉時，噪聲水平出現明顯的交叉，控制盤是最低級的子零件，因此控制盤是噪聲產生的最主要影響因子。

4 影響部件的驗證及優化

4.1 關鍵零件驗證

為驗證控制盤是否為產生噪聲的根本原因，將國產收卷器去除掉控制盤，之后重復相同的聲壓級測試，發現國產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，說明供應商需更改控制盤的配合尺寸。

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

圖12 控制盤對噪聲影響的驗證

圖13 控制盤的結構及關鍵尺寸

4.2 關鍵尺寸優化

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

根據以上對比，將國產樣件控制盤的模具直徑尺寸優化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的間隙。優化后，批量試驗結果說明增加控制盤直徑可以明顯解決共振噪聲問題。

圖14 控制盤關鍵尺寸優化

5 總 結

車門關閉時安全帶的卷軸會產生噪聲，當設計間 隙不合理時，實際零件尺寸發生公差內偏差，仿真分析并不能模擬沖擊瞬間收卷器內各零件相對位移，因此總成內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合的客觀分析，確定收卷器內產生噪聲的關鍵部件，分析出關鍵尺寸，并進行驗證，提出優化方案，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