淺談低壓線束設計對汽車NVH 的影響

劉刻松， 衛 強， 呂自國， 陳 偉

（河南天海電器有限公司， 河南 鶴壁 458030）

NVH是噪聲、 振動與聲振粗糙度 （Noise、 Vibration、Harshness） 的英文首字母縮寫， 是衡量汽車制造品質的一個綜合性指標。 乘員在汽車中的舒適性感受以及由于振動引起的汽車零部件強度和壽命問題都屬于NVH的研究范疇。本文主要從設計的角度出發， 結合實際的主機廠同步開發經驗， 來分析汽車低壓線束產生異響的原因以及從線束的設計角度來降低汽車的NVH。

1 汽車NVH的重要性

通俗來講NVH的表現， 直接決定該車輛在行駛過程中的舒適程度。 NVH評分越高， 車輛的整體舒適程度就越高，反之則亦然。 同時有關車輛的NVH問題， 也一直是各大汽車制造商和零部件供應企業最關注的問題之一。 據統計，汽車約有1/3的故障問題是和車輛的NVH問題有關系， 而各大汽車制造企業有近20%的研發費用是用在了解決車輛的NVH問題上。

2 線束導致異響的原因

2.1 預留余量過長

2.1.1 運動余量過長

運動件線束分支運動余量偏長， 相關電器件在運動時，線束分支易與周邊環境接觸， 產生異響。 在實際的使用過程中， 汽車上的運動相關部件， 如汽車座椅 （一般是前排座椅）、 轉向管柱、 儀表臺手套箱等是會經常運動的。 在運動部件上布置線束時， 需要增加運動余量， 即部件運動時，線束不能約束其運動。 當然運動余量也不是越長越好， 設計時應當做出運動部件在各個運動方向的極限位置的線束路徑， 取其最長路徑的尺寸作為此線束段的暫定尺寸， 然后再次模擬暫定尺寸在各個位置是否會與周邊件干涉。 如干涉， 則應該重新選取線束固定點或者與周邊件協商， 讓其避讓； 如校核無干涉， 此段尺寸即為合理的線束設計尺寸， 如圖1所示。

圖1 棕色的線束是模擬主駕座椅分支的運動包絡

2.1.2 裝配余量過長

在汽車生產組裝過程中， 若操作空間不足， 則需要預留裝配余量， 但若裝配余量過長， 易導致線束分支與周邊環境干涉， 產生異響。 在主機廠生產車間， 為了提高生產效率， 通常會把一些零部件在線下先分裝好， 之后再在總裝線上合裝， 如副儀表臺、 前保險杠和后保險杠等， 這時就需要我們在前期設計時預留對接余量， 方便工人裝配。對于這些Inline對接的裝配余量， 線束分支一般需要120～140mm， 如圖2紅色標記所示。

圖2 后保線束對接底板線束的Inline預留了120mm裝配余量

在一些電器件裝配過程中， 若先固定電器件， 則線束端的插接件會因缺少操作空間而無法裝配， 這就需要把線束端的連接器拉出來和電器件對接， 之后回推， 最后再把電器件固定到其原有的位置， 那么這些線束分支就需要我們預留裝配的余量。 對于電器件的裝配余量， 線束分支一般需要加長60～80mm， 如圖3紅色標記處所示。

圖3 行李廂區域的12V電源分支預留了80mm裝配余量

在滿足能裝配的條件下， 越短的裝配余量， 線束走向就會越可控， 與周邊環境的接觸幾率就會越低， 線束分支產生異響的概率也會越低。 此外， 留有裝配余量的線束分支的包覆物優先選擇絨布膠帶， 可以降低線束與周邊環境干涉時產生的異響。

2.2 固定點間距離過長

線束的兩個相鄰固定點距離較長， 容易出現晃動， 產生異響。 線束上卡扣扎帶的作用就是固定線束分支， 約束其走向， 省去一個卡扣降低的成本微乎其微， 但是帶來的副作用卻非常明顯： 實際的線束分支走向與數據上的狀態大相徑庭。 因此兩相鄰固定點的尺寸不應超過200mm； 若線束分支與周邊環境無干涉點， 且線束分支段為直線段，兩固定點的距離也不應超過300mm； 此外， 線束分支出線點或固定點到護套尾部的尺寸也不應超過150mm。 當兩個固定點的距離過長， 且與周邊環境間隙較小時， 線束制造時一旦走正公差， 實際裝配時線束分支就會出現松弛或扭曲， 極易與周邊干涉， 在汽車行駛時產生異響， 影響乘坐體驗。

2.3 卡扣扎帶選型不合理

卡扣扎帶選型設計時不合理， 出現晃動或脫落， 導致異響。 每一個卡扣扎帶都有其適配安裝孔的大小和厚度，在其適配的范圍內， 當頭部的插入力≤60N， 拔出力≥120N時， 可以避免卡扣扎帶失效。 若卡扣扎帶失效， 不僅其本身在汽車行駛過程中會產生噪聲， 所固定的線束也會產生晃動， 與周邊環境接觸， 進而產生異響。

在線束前期設計時， 我們要優先選用普通的腰圓形扎帶， 不僅能降低設計成本， 而且能約束線束走向。 盡量避免使用一些異形卡扣和偏置的T形卡扣， 防止因汽車本身的振動導致卡扣出現晃動， 從而產生異響。

3 從線束設計的角度去降低整車的NVH

3.1 線束自身方面降噪

設計時充分考慮線束本身可能帶來的異響。 線束本身產生的異響對于乘員來說是最直接的。 因此， 我們在設計時要模擬合理的運動過程和裝配過程， 選取合理的線束固定點以及選用合適的扎帶卡扣。 此外， 線束分支與內飾距離較近的區域， 建議采用絨布膠帶全纏進行降噪處理。

3.2 鈑金方面降噪

盡量避免在防火墻鈑金和下車體鈑金上開孔。 汽車行駛時， 有一部分噪聲和振動是來自底盤， 若在防火墻鈑金和下車體鈑金上開較多的孔用來固定線束， 那么汽車在高速行駛時則會帶來較大的噪聲和振動， 使NVH增大， 降低汽車的舒適度。 因此， 防火墻鈑金和下車體鈑金上的線束固定要盡量多地選用螺柱卡， 設計時向鈑金工程師提需求，要求焊直徑5mm或6mm的螺柱供線束固定。 若有一些避免不了的線束過孔， 要盡量開較小的孔， 開孔大小以要穿孔的最大的護套為準。 常見的開孔大小， 是以要穿孔的最大護套的斜對角的尺寸， 再加上6mm作為開孔的直徑， 即兩邊各留3mm的間隙， 保證最大的護套也可以穿過鈑金孔的同時， 減小鈑金的開孔， 可以最大程度地降低來自底盤的噪聲和振動。

3.3 隔音棉和地毯方面降噪

盡量避免壓縮隔音棉的厚度以及減少地毯的開孔。 屬于軟內飾的隔音棉和地毯都有隔音降噪的作用， 其厚度越大， 隔音效果越好。

3.3.1 隔音棉

隔音棉的厚度一般在10～20mm之間， 主要布置在乘員艙前圍板以及左右后輪罩區域， 它在乘員艙的隔音上起著至關重要的作用。 因隔音棉緊貼車身鈑金安裝， 而線束是固定在車身鈑金上， 如圖4所示 （棕色部分為隔音棉）， 所以導致與線束接觸的隔音棉的厚度不能太厚， 否則線束無法固定在鈑金上。 在隔音棉存在的區域， 線束固定要優先選擇螺柱卡進行固定， 這樣隔音棉只需開小孔避讓螺柱， 同時螺柱也要優先選擇長度較長的規格， 如高度20mm的螺柱， 這樣就可以給隔音棉留有8～9mm的厚度， 從而提高隔音棉的隔音效果。 若車身的某些區域不能提供焊接螺柱， 則可以選用長圓孔的抬高卡扣， 也可以達到一樣的效果。

圖4 喇叭回路增加續流二極管

圖4 后輪罩區域的隔音棉安裝在線束下方

3.3.2 地毯

地毯的厚度一般在10～60mm之間， 它可以大大降低來自底盤的噪聲和振動。 地毯與線束相對的安裝位置和隔音棉相反， 地毯是在線束上面布置的，如圖5所示 （青色部分為地毯）， 因此，地毯下的線束要盡量避免使用抬高卡扣， 不去壓縮地毯里泡沫棉的厚度。 若一些線束分支， 如座椅線束分支， 要穿過地毯去對接電器件， 則需要地毯開孔。 一般開孔的大小要比穿出的線束分支直徑大10mm， 同時以孔的中心為原點， 開個十字凹槽， 凹槽的長度要比穿出的最大護套斜對角長度大20mm， 以便護套穿出， 避免開較大的過孔影響地毯的隔音效果。

圖5 地毯安裝在線束上方

圖5 續流二極管基本工作原理

4 結語

汽車約由2萬多個零部件組裝而成， 而汽車NVH是一個綜合性的問題， 幾乎涉及到汽車的每一個零部件， 有著“汽車血管” 之稱的線束， 其本身產生的噪聲在乘員艙內往往是最直接的。 因此， 線束設計時應該重點考慮線束布置可能帶來的噪聲異響， 避免因線束布置不合理導致汽車行駛時出現振動和異響， 進而影響汽車的駕乘體驗。