汽車安全帶卷收器異響問題的研究

朱文斌，許翔，田林，申超，黃文健

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

自主品牌汽車在近幾年的發展過程中，從能夠造出汽車向造出好的、有品質感的汽車方向發展，這個時候需要解決的不再是基本的NVH性能，需要從更多方面進行品質提升，其中一個方面便是異響控制。安全帶卷收器的異響是整車中比較常見的問題，等到實車出來后再發現此問題時，往往需要花費較大的代價才能解決，如修改鈑金結構、更改安裝方式和更換卷收器類型等。因此，如果能夠在設計階段提前預防，就能夠以最小的代價解決該問題。

1 卷收器異響問題描述

常見的安全帶卷收器按照安裝形式大致可以分為水平安裝和豎直安裝。卷收器的異響主要產生在兩種工況：關門時和在顛簸路面上行駛時。詳細的異響描述見表1。

表1 卷收器異響問題描述

通過分析，影響卷收器異響的因素主要有：安裝點剛度、卷收器單體噪聲、系統頻率和傳遞函數，下面將逐一展開分析和討論。

2 安裝點剛度

卷收器在鈑金上的安裝點主要有兩種：單點安裝(如圖1所示)和兩點安裝(如圖2所示)，其中單點安裝的剛度值對卷收器的異響影響最大。安全帶卷收器的質量一般在1 kg左右，相當于一個較大的質量塊安裝在鈑金上，因此鈑金的剛度對卷收器的振動有較大的影響。對于安裝點的剛度，文中主要討論卷收器安裝在車身鈑金上采用單點安裝的剛度。

圖1 卷收器單點安裝

圖2 卷收器兩點安裝

有反饋某SUV車型在關門的瞬間和在顛簸路面上行駛時，后排兩側豎直安裝的安全帶卷收器有明顯敲擊異響。通過拆解觀察，發現在關門瞬間和顛簸路面上行駛時，卷收器沿著Y向存在明顯的晃動，從而卷收器自身組件之間產生敲擊異響。測試卷收器安裝點的剛度，發現Y向的剛度值約為100 N/mm，剛度值偏低，通過手工加強安裝點附近的鈑金剛度(如圖3所示)，卷收器異響消除。

圖3 手工加強安裝點剛度

通過對加強后的安裝點和標車安裝點剛度進行測試，并仿真自有車型的安裝點在白車身狀態下的剛度值，最后結合實際主觀評價結果，確定了白車身狀態下卷收器安裝點的剛度值要求大于600 N/mm。最后針對一款新開發車型前排卷收器安裝點剛度仿真分析，發現其值未滿足要求，經過缺口補齊和增加加強筋后，剛度值達到目標要求，如圖4和圖5所示。常見的剛度加強方案有：翻邊、增加料厚、增加加強筋和缺口補齊等[1]。

圖4 原方案

圖5 優化后的方案

3 單體噪聲

卷收器自身的噪聲主要來源于敏感組件、卷收組件和自適應裝置。單體噪聲是通過振動試驗臺進行測試，激勵方式可以采用振動信號功率密度譜或掃頻信號，測試環境至少為靜音室，要求本底噪聲小于30 dB(A)或響度值小于2宋(Sone)。噪聲測試采用麥克風進行測試，麥克風的測試方向豎直于卷收器的安裝平面，與卷收器表面保持300 mm的距離(如圖6所示)。

圖6 卷收器單體噪聲測試

對于采用功率密度譜激勵的噪聲，其結果采用響度值，單位為宋(Sone)，計算標準采用ISO 532B的N10響度，激勵方向為Y向和Z向。對于采用掃頻激勵方式，記錄其最大噪聲值。可以通過制定響度目標值或噪聲值來減少卷收器單體的異響風險。

考慮到成本和沿用之前車型的卷收器類型等其他因素，可能導致單體噪聲無法滿足要求，此時可以采用被動措施來降噪，如增加隔音罩(如圖7所示)和在兩側塑料殼體上貼丁基膠(如圖8所示)。

圖7 卷收器隔音罩

圖8 殼體貼丁基膠

4 系統頻率

系統頻率是指安裝方式為豎直安裝的卷收器在安裝狀態下的頻率，該頻率主要受安裝點鈑金的剛度、卷收器質量和質心影響。當該頻率與路面激勵頻率接近時，卷收器自身產生較強的共振異響。

某車型在進行整車異響試驗時，發現在一條異響路面上B柱卷收器發生較嚴重的敲擊異響，通過測試發現卷收器在27 Hz時振動較大(如圖9所示)，通過對比安裝點和減振器塔座處的振動，卷收器本體的振動較大，說明產生了共振。進一步分析發現，卷收器在安裝狀態下的系統頻率為26 Hz(如圖10所示)，路面激勵信號在27 Hz時存在較大的峰值(如圖11所示)，因此卷收器本體發生了共振而產生敲擊異響。最后通過加強安裝點處的剛度，提高了共振頻率，消除了該共振異響。

圖9 卷收器本體、安裝點和塔座處振動

圖10 系統頻率

圖11 激勵信號

經過對同類型安裝方式的對標車的系統頻率進行測試(如圖12所示)，并結合主觀評價結果，確定安裝卷收器后的系統頻率要求大于40 Hz可以避免該類型的共振異響。

圖12 對標車系統頻率測試

同時，為了避免在實車階段發現問題而進行修模，因此可以在數模階段進行仿真分析。在白車身狀態下，將安全帶卷收器簡化為一個帶有質量的點，并根據其質心的位置來確定該點相對于安裝點的坐標，通過仿真計算低頻范圍內的峰值頻率。

5 傳遞函數

根據NVH基本理論，響應點的振動信號不僅受振動源頭的影響，還受傳遞函數的影響，一般計算4個減振器塔座到各卷收器安裝點的傳遞函數，一般關注100 Hz以內的情況。在數模階段，可以通過關注傳遞函數的情況(如圖13所示)，對車身結構和卷收器自身進行優化，可以進一步減少異響的風險。

圖13 卷收器安裝點傳遞函數仿真

6 總結

安全帶卷收器只是零部件異響中很小的一個案例，但影響它的異響情況的參數還是比較多，文中從幾個主要的影響因素進行了分析，提出了一些控制卷收器異響的方法，這些方法的應用能夠在設計開發階段有效解決卷收器異響的問題。