蔣雄 邱德平

（浙江吉利汽車研究院）

隨著生活水平的不斷提高，人們對汽車舒適度的要求也越來越高。一旦汽車內(nèi)飾件在行駛過程中產(chǎn)生異響，不僅會(huì)影響客戶的駕駛體驗(yàn)，而且會(huì)給產(chǎn)品以及品牌形象帶來不可預(yù)期的負(fù)面影響；所以整車內(nèi)飾塑料件噪聲、振動(dòng)及不平順性（NVH）異響的改善顯得尤為重要。目前傳統(tǒng)的改善方法是在研發(fā)后期通過各種試驗(yàn)手段進(jìn)行測評(píng)，但這些方法對前期研發(fā)階段無法提供有效的設(shè)計(jì)規(guī)避支持，以及無法保證后期改善方案實(shí)施的有效性，且在不進(jìn)行各種試驗(yàn)的條件下，無法實(shí)現(xiàn)對整車內(nèi)飾塑料件異響的預(yù)測、不能實(shí)現(xiàn)同類問題的預(yù)判等。因此，文章在已有的理論基礎(chǔ)上，確認(rèn)并提出多種有效的改善方法，嘗試解決在不進(jìn)行試驗(yàn)的情況下，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)飾塑料件異響的預(yù)測評(píng)估及改善方案的定性分析，經(jīng)過驗(yàn)證，達(dá)到了預(yù)期的效果。

1　整車內(nèi)飾塑料件異響控制途徑分類

異響一般是指非正?；虿槐匾穆曇?，這些聲音令乘客感到厭煩、不安或不愉悅。按產(chǎn)生的機(jī)理分類，最主要的汽車內(nèi)飾異響有吱吱聲（Squeak）和咔噠聲（Rattle）2類，Squeak是指2個(gè)零件的表面以粘－滑的方式相互摩擦而發(fā)出的異響，Rattle是指由2個(gè)部件的表面相互碰撞而發(fā)出的異響。產(chǎn)生異響的原因主要有尺寸公差、裝配精度、接觸面材料的兼容性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、各種溫度和濕度環(huán)境條件及產(chǎn)品質(zhì)量等問題[1]。

控制車內(nèi)異響的途徑主要有減弱聲源強(qiáng)度、隔絕傳播途徑及吸聲處理3個(gè)方面。

1.1　消除或者減弱聲源的強(qiáng)度

這種異響改善方案必須放在首要位置，應(yīng)從最初的異響源頭上進(jìn)行規(guī)避，才是最根本有效的解決方案。文章將作為重點(diǎn)，進(jìn)行詳細(xì)的敘述。

1.2　隔絕異響的傳播途徑

通常使用三元乙丙橡膠（EPDM）或海綿作密封來提高車身密封性，減弱車內(nèi)異響。該方案多用于規(guī)避各操縱機(jī)構(gòu)和儀表線路通過車身的孔或縫傳遞至車內(nèi)的噪聲，不作為整車內(nèi)飾異響的主要改善方向。

1.3　用吸聲處理減弱無法規(guī)避的異響

在整車內(nèi)飾非可視區(qū)域，盡量使用減少反射聲的吸聲材料，可有效地減弱整車內(nèi)飾異響[2]。

2　整車內(nèi)飾塑料件異響控制解決方案

在實(shí)際的研發(fā)過程中，是通過消除或者減弱聲源強(qiáng)度以及用吸聲處理減弱無法規(guī)避的異響，進(jìn)而提升整車內(nèi)飾塑料件的NVH品質(zhì)。針對常見的整車內(nèi)飾塑料件異響，文章提出以下6個(gè)方面的解決方案。

2.1　數(shù)模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷產(chǎn)生異響的解決方案

主要介紹4種常見的數(shù)模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷方面的改善方案，規(guī)避因數(shù)模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的異響。

2.1.1提升零部件總成的強(qiáng)度

以整車內(nèi)飾副儀表總成的對開扶手為例，一般出于人機(jī)考慮，設(shè)計(jì)上下蓋板之間的空腔間距為13 mm，施加一定的外力，上下蓋板之間易發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生異響。目前預(yù)研的改善方案有3種。

2.1.1.1上下蓋板之間增加發(fā)泡類填充物

該方案處于預(yù)研階段。將上下2個(gè)蓋板用聚氨酯（AB）發(fā)泡海綿填充，使之連成一個(gè)整體，提升總成零部件強(qiáng)度；同時(shí)將發(fā)泡海綿作為阻尼，消耗傳遞的外力，提升總成零部件強(qiáng)度。發(fā)泡海綿斷面示意，如圖1所示。

圖1　汽車副儀表總成對開扶手上下蓋板之間填充發(fā)泡海綿斷面示意圖

2.1.1.2上下蓋板之間使用振動(dòng)摩擦焊接

振動(dòng)摩擦焊的熔焊值為3 mm。該方案較成熟，市場上有很多車型在使用。振動(dòng)摩擦焊斷面示意，如圖2所示。

類似的，還有儀表板總成中的手套箱和門內(nèi)飾板地圖袋，當(dāng)它們的內(nèi)外板搭接且中間空腔厚度超過5 mm時(shí)，建議使用振動(dòng)摩擦焊，徹底規(guī)避后期異響問題。

2.1.1.3上下蓋板間增設(shè)金屬鉸鏈一體的金屬骨架

對于具有多級(jí)調(diào)節(jié)懸停功能的副儀表扶手，需要提供足夠的強(qiáng)度及支撐力，來克服乘員在使用懸停扶手時(shí)產(chǎn)生的壓力及擠壓晃動(dòng)扭矩，故須在上下蓋板之間增設(shè)強(qiáng)度和剛度均合乎要求的金屬鉸鏈一體的金屬骨架。該金屬鉸鏈需要延伸至上下蓋板之間，從而增加扶手總成的強(qiáng)度，如圖3所示。

圖3　汽車副儀表總成對開扶手上下蓋板之間金屬鉸鏈?zhǔn)疽鈭D

2.1.2合理布置安裝點(diǎn)

該方案屬于結(jié)構(gòu)數(shù)模的設(shè)計(jì)優(yōu)化，可提高零部件結(jié)構(gòu)的安裝穩(wěn)定性。如全景天窗異響的主要原因之一就是內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，包括連接方式的選擇、定位加強(qiáng)支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及緩沖空間的設(shè)計(jì)等[3]。

2.1.3避開與車身的共振區(qū)間

在設(shè)計(jì)前期，需進(jìn)行必要的CAE模擬分析驗(yàn)證。通過軟件分析，避開整車車身的共振點(diǎn)，進(jìn)而規(guī)避共振異響。提高零部件模態(tài)/剛度是避開共振點(diǎn)的方法之一，如某車型設(shè)計(jì)要求整車內(nèi)飾的零部件總成模態(tài)≥38 Hz（僅為參考數(shù)值），就是為了避開整車車身小于38 Hz時(shí)的共振點(diǎn)。

2.1.4減少零部件之間的接觸面積

本方案也屬于結(jié)構(gòu)數(shù)模預(yù)研，規(guī)避Squeak。幾種不相容塑料材質(zhì)相互接觸的零部件之間，理論上，越小的實(shí)際接觸面積，其產(chǎn)生的Squeak也就越弱。即設(shè)計(jì)斷面應(yīng)優(yōu)先選用線面接觸和點(diǎn)面接觸（這2種接觸也能保證2個(gè)零部件間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性），避免面面接觸。

2.2　制造公差導(dǎo)致結(jié)構(gòu)搭接失效的解決方案

塑料零部件之間的卡接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是基于制造公差考慮的，一般使用間隙配合方式。然而受到注塑工藝精度的限制，零部件會(huì)出現(xiàn)偶發(fā)的結(jié)構(gòu)虛接現(xiàn)象，導(dǎo)致整車內(nèi)飾在行駛特殊路況（例如顛簸路面）時(shí)，隨著車身扭曲產(chǎn)生異響。

經(jīng)研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些中高端車型，會(huì)在可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)虛接的部位填注AB結(jié)構(gòu)膠（兩液混合硬化膠），圖4示出某卡接斷面填注AB結(jié)構(gòu)膠的斷面示意。

圖4　某卡接斷面填注AB結(jié)構(gòu)膠的斷面示意圖

工藝步驟有：

1）工人按照常規(guī)安裝方式，卡接結(jié)構(gòu)，并且聽到咔嚓的一聲響，為裝配到位；

2）手持膠槍，從側(cè)位注射AB膠，填充可能產(chǎn)生異響的空隙，直到有膠溢出為止；

3）自然冷卻后，結(jié)構(gòu)即可得到保障。

需綜合考慮結(jié)構(gòu)膠的物理屬性（黏稠度、拉伸剪切強(qiáng)度、耐高低溫及固化時(shí)間等）及零部件產(chǎn)品本身的特性挑選AB膠，并進(jìn)行整車的試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.3　原材料選用預(yù)研

2.3.1選用高強(qiáng)度的原材料

因使用的原材料強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致零部件之間產(chǎn)生相對移動(dòng)，因此可考慮使用聚丙烯添加20%碳纖維（PP+CF20）等高強(qiáng)度新型材料。

如PP+CF20的彎曲模量可達(dá)到9 000 MPa，而整車內(nèi)飾常用塑料材質(zhì)ABS的彎曲模量為2 000 MPa。兩者對比，不難得出PP+CF20較ABS材質(zhì)的零部件強(qiáng)度更加優(yōu)越，可減小晃動(dòng)量，最終達(dá)到減小異響的目的。

當(dāng)然，同類型的材料還有很多，在設(shè)計(jì)之初，應(yīng)選擇一種合適的材料，可有效規(guī)避整車內(nèi)飾異響問題。

2.3.2合理使用阻尼材料

阻尼材料能夠吸收機(jī)械振動(dòng)及噪聲，并將它們轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式能量而消耗掉。文章主要是指利用高聚物或者其他粘彈性流體實(shí)現(xiàn)高阻尼的聚合物阻尼材料。常見的聚合物阻尼材料有：橡膠、聚氨酯、聚丙烯酸酯及環(huán)氧樹脂等[4]。

根據(jù)阻尼降噪原理，可以將車身某些易因共振產(chǎn)生噪聲的部件用具有阻尼特性的高分子材料替代，將共振轉(zhuǎn)化為分子內(nèi)能，進(jìn)而起到降噪作用。某公司研發(fā)的KY-阻尼ABS與普通ABS的對比試驗(yàn)結(jié)果，如圖5所示。

圖5　懸臂梁共振法測得的阻尼振動(dòng)曲線圖

從圖5可以看出，KY-阻尼ABS與普通ABS相比，具有減振好的特性：初始施加相同振幅，KY-阻尼ABS與普通ABS相比，隨時(shí)間的增加振幅降低明顯，表明通過降低振幅能達(dá)到降低噪聲的效果。

2.4　原材料屬性不相容

整車內(nèi)飾為達(dá)到視覺的多樣性，會(huì)出現(xiàn)不相容原材料零部件的相互配合接觸。為了規(guī)避這類異響，一般在零部件相互接觸位置粘貼無紡布，隔離不相容材料零部件，進(jìn)而降噪消聲。該方案是較好的臨時(shí)解決措施，但也有一定的缺點(diǎn)，如有些零部件之間接觸面積較大或接觸位置較多，選用貼合無紡布的方案會(huì)導(dǎo)致：1）增加產(chǎn)品單件的成本；2）有些零部件之間的接觸面積較小，無法粘貼無紡布；3）無紡布粘貼不規(guī)范，產(chǎn)生外漏，影響感官品質(zhì)。

現(xiàn)列舉幾種常用材料的不相容性，及常用或者預(yù)研的解決方案。常用的不相容材料表，如表1所示。

表1　常用材料不相容性表

2.4.1ABS與ABS/PC

這2種材料相互接觸的情況十分常見。其本質(zhì)原因在于ABS物理性能十分優(yōu)越，可以進(jìn)行多種常見的表面處理，如電鍍、INS及噴漆等。而目前人們對汽車造型的要求越來越高，大大增加了這幾種不相容材料的接觸頻率。

為了規(guī)避這一現(xiàn)象，一般在零部件相互接觸的位置粘貼厚度為0.5 mm或者1 mm（結(jié)合實(shí)際的結(jié)構(gòu)斷面選用）的無紡布。通過研究某款已上市的車型發(fā)現(xiàn)，為了消除這些異響，整車內(nèi)飾零部件粘貼無紡布達(dá)100多處。

2.4.2PE-HD與PE-HD

與ABS類似的，還有汽車上的風(fēng)管材料PE-HD。根據(jù)汽車結(jié)構(gòu)以及風(fēng)管的工藝要求，風(fēng)管常設(shè)計(jì)成幾段拼接形式。為了保證風(fēng)道的密封性，同時(shí)規(guī)避異響，一般在風(fēng)管接觸周圈的中間設(shè)計(jì)材質(zhì)為EPDM，尺寸為10 mm×10 mm，硬度為30 HA，壓縮量為5 mm的海綿條。搭接斷面示意，如圖6所示。

圖6　PE-HD搭接的斷面示意圖

2.4.3解決不相容材料的其他拓展方案

2.4.3.1植絨工藝的運(yùn)用預(yù)研

該方案思路和前面提到的粘貼無紡布一致，其實(shí)質(zhì)是在2個(gè)可能產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)的接觸表面，增加軟介質(zhì)，起到消聲的作用。該方案通常用于解決2類問題：1）無紡布的粘貼不牢固；2）無法粘貼無紡布。

因?yàn)橹步q工藝的特殊性，PA66尼龍抽絲線在植絨工藝后，需承受10 000次甚至更久的耐摩擦試驗(yàn)（根據(jù)零部件實(shí)際使用的位置進(jìn)行合理安排），試驗(yàn)完成后應(yīng)保證絨毛不脫落或基部不外露，以保證植絨消聲功能的長期有效性。

2.4.3.2潤滑介質(zhì)的使用

為解決相互運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)件間的異響問題，一般會(huì)在機(jī)構(gòu)件間涂抹潤滑脂（如出風(fēng)口的轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)和阻尼機(jī)構(gòu)等）。潤滑脂的選取要求：1）選用承載能力大、氧化安定性好、膠體安定性好、水解安定性好及使用壽命長等的高性能潤滑脂[5]；2）確保潤滑脂與材料本身的相容性。

在選用潤滑油脂時(shí)，要求該油脂牌號(hào)的供應(yīng)商提供對應(yīng)牌號(hào)的《潤滑油脂與塑料的物性相容表》，如表2所示（油脂的牌號(hào)僅供參考）。

表2　潤滑油脂與塑料的物理性相容表

如果油脂選用不當(dāng)，潤滑脂與特定的塑料零部件表面會(huì)產(chǎn)生特殊的反應(yīng)，導(dǎo)致汽車內(nèi)飾的機(jī)構(gòu)件在使用1～3年后，運(yùn)行卡滯，產(chǎn)生客戶抱怨，影響整車品質(zhì)口碑。

2.4.3.3其他消聲材料的使用探討

其他常用消聲材料，如減摩涂層漆和干性潤滑劑可用于降低系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲，即降低塑料、皮革及布料等不同材質(zhì)部件間，因振蕩、振動(dòng)或者相對運(yùn)動(dòng)所引起的噪聲。

使用方式比較簡單，可噴涂或浸潤2個(gè)接觸的不相容材料表面，一段時(shí)間后，干性潤滑劑在相互接觸的零部件間形成一層薄薄的潤滑膜，隔離2種不相容材料的接觸，最終達(dá)到消除或者減小異響的目的。在使用消聲材料時(shí)，還需要考慮消聲介質(zhì)在基部的附著力、耐久及消聲介質(zhì)與零部件材質(zhì)的相容性問題。

2.5　硬質(zhì)儲(chǔ)物空間置物移動(dòng)撞擊產(chǎn)生的異響

通常，在汽車內(nèi)飾儲(chǔ)物空間的設(shè)計(jì)中，會(huì)考慮人機(jī)的因素，但是，儲(chǔ)物空間導(dǎo)致的NVH異響也是需要考慮的。

按一般放置物品不同，可分2類：

1）較規(guī)則物品。如水瓶、水杯、手機(jī)及各類卡等，這類物品可以通過市場調(diào)研，設(shè)計(jì)相應(yīng)的固定結(jié)構(gòu)，防止碰撞異響。儲(chǔ)物的杯托卡爪，就是根據(jù)水杯形狀特征，設(shè)計(jì)與之對應(yīng)的固定結(jié)構(gòu)，防止行駛過程中水瓶等與杯托的碰撞異響，影響駕駛感受；又如儀表臺(tái)上的手機(jī)支架及遮陽板上名片的卡夾等，均可減少整車異響。

2）不規(guī)則物品儲(chǔ)物。如鑰匙及首飾等，很難設(shè)計(jì)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定。對于副儀表總成扶手箱里的儲(chǔ)物，一般會(huì)從隔離汽車內(nèi)飾硬質(zhì)儲(chǔ)物空間和物品方面著手。常見的方案：a.在儲(chǔ)物區(qū)域植絨或貼絨；b.底部增加熱塑性彈性體（TPE）材質(zhì)的橡膠墊，便于清理。

2.6　總成零部件增加吸聲性能

前面幾種改善方案是從正向根源上消除或減弱異響，下面的方案是利用某些材料的吸聲特性，減小噪聲傳播。

一般在儀表風(fēng)管周圈或門飾板總成的背部大面積增加吸聲材料（吸聲棉材質(zhì)為PP+TPE），以吸收噪聲，如圖7所示。

圖7　帶吸聲棉的風(fēng)管斷面示意

在選用吸聲棉時(shí)，其面積和體積質(zhì)量等重要參數(shù)需要進(jìn)行全面考慮。如某車型門板的本體使用洋麻纖維，這種材質(zhì)有蜂窩狀的特性，其本身就具備吸聲性能，因此可以不粘貼吸聲棉。類似的材質(zhì)還有很多，本身具備吸聲性能的就不需要再粘貼吸聲棉。

3　結(jié)論

為改善整車內(nèi)飾異響，文章從控制車內(nèi)異響的源頭、傳播及吸收3個(gè)途徑出發(fā)，提出較為詳細(xì)的技術(shù)方案，解決實(shí)際的整車內(nèi)飾異響問題。

1）本研究結(jié)果說明，改善整車內(nèi)飾塑料件異響需要從產(chǎn)生異響的聲源出發(fā)，從研發(fā)車型前期就對可能產(chǎn)生異響的技術(shù)方案（數(shù)模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料的選取及儲(chǔ)物空間定義等）進(jìn)行識(shí)別并規(guī)避；只要能夠完全識(shí)別，那么改善異響方案的選取將更為靈活，改善效果更為徹底，同時(shí)設(shè)計(jì)成本也會(huì)降低，設(shè)計(jì)質(zhì)量更有保障；異響在研發(fā)后期的識(shí)別改善，不僅周期長，成本花費(fèi)也不可控。

2）對控制車內(nèi)異響3個(gè)途徑的有效性再次進(jìn)行了檢驗(yàn)，確認(rèn)這3個(gè)途徑確實(shí)能夠較好地改善整車內(nèi)飾塑料件異響。

3）與眾多研究異響論文的不同之處在于，文章更多的是從實(shí)際應(yīng)用案例出發(fā)，且較為系統(tǒng)地針對整車內(nèi)飾塑料件，提出可以立即付諸實(shí)踐的優(yōu)化異響方案。隨著科技的發(fā)展及研究的深入，會(huì)出現(xiàn)越來越多的、更系統(tǒng)的解決方案，持續(xù)提升汽車的NVH品質(zhì)。