轿车车身异响分析与预防控制

轿车车身异响分析与预防控制

柳发文（1），蔡交华（2），滑德富（3）

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖 241009）

【摘要】随着汽车市场的竞争加剧，顾客对汽车产品的品质要求越来越高，车身异响问题引发了较多的争论，成为顾

客关注的焦点。车身异响一直是汽车产品的通病，无论是合资品牌汽车还是自主品牌汽车，多少都遇到此类问题，由

于没有系统的诊断方法和有效的解决措施，造成顾客强烈抱怨。本文旨在结合生产现场处理异响问题的体会和见解，

分析车身异响产生的原因，并提出相应的预防控制方案。

【关键词】车身异响，原因分析，预防控制

1、前言

《2010年度中国汽车产品质量与服务质量投诉分析报告(CAAS)》和《2010年度中国汽车行业用户满意度调研报告》显示，2010年，我国汽车质量有了明显改善，行业满意度指数稳步提升，但是异响问题投诉仍然非常集中，逐渐成为汽车投诉的新重点，被投诉产品覆盖国内汽车市场上的绝大多数车型。

轿车车身异响严重影响驾驶的舒适性，破坏驾驶者的心情。并且轿车车身异响声源往往被内外饰件遮蔽，或者存在于车身封闭腔中，给异响声源的查找和返修造成很大困难。对于轿车车身异响问题的解决，目前汽车行业还没有较为系统、全面的方法。本文将从轿车车身异响产生原理、原因分析、解决方法、如何预防等方面全面剖析轿车车身异响问题，为汽车厂家及广大汽车用户解决轿车车身异响问题提供相应参考。

2、轿车车身异响的原理

2.1车身异响的产生、特性及消除方式

声音都是由物体振动产生，正在发声的物体叫声源。声音以声波的形式传播，通过固体或液体、气体传播形成的运动。轿车行驶时各系统振动、摩擦发出的声音统称为汽车的响声，也可称作噪声，这些响声可分为正常响声和非正常响声，非正常响声既异响。轿车车身异响通常出现在扭曲路面、转弯、加速和紧急刹车等情况下，由车身结构内钣金振动或滑移摩擦产生。

声波振动内耳的听小骨，这些振动被转化为微小的电子脑波，它就是我们觉察到的声音。人耳可以听到的声音的频率范围在20到2万赫兹之间，通常也称为可感知声段。在不同的介质中声音传播的速度也是不同的。经科学测量，在0摄氏度的空气中，声音的传播速度是332米/秒；在水中的传播速度是1450米/秒；在铁中的传播速度是5000米/秒。轿车车身异响发出的声音是在1000Hz左右，刺激到神经让驾驶者感到很难受。

从物理学角度来说，声音的消除主要靠“消、隔、吸”，车身异响的消除同样要运用此原理，主要方式有以下几点：⑴、解决钣金振动或滑移摩擦问题，消除异响声源；⑵、通过内外饰包裹或封闭腔阻隔声音传播；⑶、填充海绵、增加吸音垫，削弱声响。考虑整车的可靠性，一般采用消除异响声源的方式来解决车身异响问题。

2.2主要异响部位

轿车多为承载式车身，承载式车身的汽车的特点是没有刚性车架，只是加强了车头，侧围，车尾，底

板等部位，车身和底架共同组成了车身本体的刚性空间结构。承载式车身除了其固有的乘载功能外，还要直接承受各种负荷。这种形式的车身具有较大的抗弯曲和抗扭转的刚度，质量小，高度低，汽车质心低，装配简单，高速行驶稳定性较好。但由于道路负载会通过悬架装置直接传给车身本体，振动较大，极易产生异响。

图1 作用在整车上的力

根据轿车行驶中的主要受力分布，其异响主要出现在车身的A柱、B柱、C柱、顶盖等板件搭接较复杂的部位，还有运动件的连接处，例如：门、发盖、后盖铰链连接处。常见的异响产生原因有：加强板与内板干涉、包裹架与轮罩钣金摩擦响、纵梁与底板横梁摩擦响、前中后顶横梁与侧围搭接处摩擦响、门铰链安装板与门内板摩擦响、门限位器安装板响等。

3、轿车车身异响分析

3.1分析软件的应用

轿车车身异响是钣金振动或滑移摩擦造成，在车身设计阶段，为了规避车身结构设计风险，要进行基本的静态非线性分析和动力学分析，对设计结构及强度进行确认，汽车行业通常用的分析软件是CAE或ANSYS有限元分析软件。利用CAE或ANSYS软件对零件配合间隙、公差累计计算、连接方式、装配关系、单件的刚度与强度等进行分析，可以有针对性的找出车身异响（干涉）风险点。

图2 CAE软件某铰链安装孔强度分析图3 ANSYS软件对动态碰撞问题分析

3.2常见异响原因

在轿车车身异响问题解决过程中，通过长期调查分析和经验总结，异响产生原因主要有：

3.2.1设计原因：设计间隙小、焊点布置不合理、悬置料边过长等；

⑴.设计间隙小：车身设计过程中，对于钣金间的结构间隙是有具体要求的，目前国内的制造公差基本1mm，因此考虑加工或生产过程中的公差积累，钣金件结构间隙一般设计为2～3mm以上，否则汽车在工况负载情况下就极可能会出现干涉或运动异响。

同时在产品数据校核时，往往对典型截面或特定结构进行分析，从而忽略了弧面与平面、点与面、面与面配合、线与面配合的配合间隙，导致配合间隙过小，甚至干涉。弧面与平面、点与面的配合在尽量避免，实在无法避免此类的配合时，要考虑设定较大的间隙或CO2工艺。面与面配合或线与面配合时，尽量设计成平行状态，如无法避免两个面或线与面的倾斜，在考虑间隙时，必须以最小处间隙为准，一般大于

2.5mm 。

图4 某结构钣金配合间隙小

⑵.焊点布置不合理：焊点布置不合理是造成焊接失效的主要原因。焊点布置在圆角拐弯处或不平整处，由于焊钳在焊接时的压力比较大，易在圆角拐角处或不平整的部位产生焊接变形。

另外，一般情况下，采用三层板或者三层以上的焊接结构，若没有通过使用工艺缺口以进行二层板焊接来代替三层板，三层板等直径通孔使用CO2塞焊易造成虚焊。

图5 某车型结构弧面焊点布置间距大

⑶.悬置料边过长：为了满足车身安全要求，同时降低车重，对于车身工况下应力分布集中部位，设计人员会尽量考虑采用整体多层次构架、局部加强的设计方式。这样就导致车身内外板、各加强板等搭接结构复杂。车身钣金搭接边设计时，易有长距离料边悬置（无任何连接），长距离料边悬置可能振动异响或与周围结构摩擦异响。下面这种设计结构就属于这种情况

:

图7 某车型B 柱加强板悬臂过长

3.2.2制造原因：冲压件制件不合格、装焊偏差累计等造成的冲焊件尺寸形状偏差问题

1.13mm

Z 向剖面图

L=200mm ，此种

结构存在很大异

响风险

X 向剖面图

冲压件制件过程中通常存在尺寸毛刺、翻边不到位、回弹变形量等制造缺陷。车身焊接过程中一般存在定位销磨损、夹具设计不合理等造成公差累计的不良因素。具体详见图8.

图8 车身异响中制造过程问题

4. 轿车车身异响的现场解决步骤

4.1异响声源的查找

车身异响声源查找没有什么系统的方法，较为先进的是利用异响诊断仪等听诊器具，直接抵在产生异响的大概部位进行听诊，确定异响声源的具体位置。在没有设备辅助的情况下，主要采用一听、二看、三触摸的方法来查找异响声源。听是指通过人的听觉，确定异响源的大致位置。看，主要是观察异响大致区域零部件的装配关系，是否有明显的钣金接触。触摸是根据异响震动的频率高低来寻找异响源。

图9 某汽车异响探测仪

异响诊断仪应用声振原理,通过传感器收集信息频率来分辨主要异响并确定异响的部位。

4.2原因查找及验证

在判断出异响声源大致位置后，需要对该位置区域的装配关系、工艺要求、单件状态、配合公差等进行分析，主要通过以下步骤：

⑴.数模校核及CAE分析

数模校核主要是针对车身异响大致区域，检查数模设计中是否存在的明显错误，例如板件配合间隙小，结构的工艺、装配关系不合理等现象。

CAE分析则是对异响区域的相关件进行刚度、强度分析，了解单件在负载情况下的变形情况，便于根据配合处实际间隙，判断是否存在干涉并产生异响的风险。

⑵.利用工艺文件对工艺确认

在确认装配关系、刚度等没有问题后，利用现场工艺文件，确认异响区域结构的焊接是否符合工艺要求，主要查看焊点或焊缝数量、涂胶情况、搭接边状态等。

⑶.单件检具测量或白光扫描

利用检具或白光扫描，对异响区域的单件或总成件进行尺寸、型面的确认。

⑷.采用排除法、模拟法进行实验验证

通过以上步骤仍然找不到具体异响原因，可以采用排除法、模拟法进行实验验证。验证方法有两种：一是拉大声源震体的距离、二是让声源震体紧密贴合，通过这两种方法来破环声源，达到排除或故障重现的目的，以便更直观的找出异响源。

5、轿车车身异响的预防控制

5.1完善车身设计

⑴.A/B/C柱内板、加强板搭接，钣金结构复杂，车身钣金搭接边设计时，不要有长距离料边悬置（无任何连接），一般不超过150mm，搭接通常可以采用翻边连接或搭接。翻边接头的边宽一般取6t＋8mm最佳，t为板料厚度；

⑵.车身钣金配合时，避免弧面与平面，点与平面的配合。在无法避免此类的配合时，要考虑设定较大的间隙或CO2工艺。点与面的配合，在车身工况产生扭矩时，很可能会产生摩擦，造成车身异响；

⑶.面与面配合或线与面配合时，尽量设计成平行状态。如无法避免两个面或线与面的倾斜，在考虑间隙时，必须以最小处间隙为准，一般大于2.5mm；

⑷.缺口与翻边配合时，间隙设计需要考虑翻边的R角处在冲压成型的过程中产出生凸起或翻进余量，以保证设计要求在生产中能得到满足；

⑸.目前国内的钣金件结构间隙一般设计为3mm以上，否则汽车过扭曲路时就很可能会出现干涉或运动异响，并且静刚度试验检测表明A、B、C柱附近测点的最大位移量为0.2~0.7mm，钣金之间的间隙如果在0~1.0mm，对于车身异响来说就是可疑点，很可能造成钣金异响；

⑹.设计车身结构时，要充分考虑冲压件尺寸公差及回弹变形量、车身装配尺寸偏差等，适当补偿，避免误差积累吸收设计间隙；

⑺.设计时充分考虑点焊或CO2焊的可执行性与可靠性。

⑻.设计点焊间距要求：焊点间距越小，焊点数自然增多，当然能提高被焊接件的联接强度。但是在能保证联接强度的条件下，焊点间距应以加大好，这不仅能减少焊点，提高生产率，而且也减少点焊时的分流，提高焊接质量。因此在设计时必须选一个适当点距。

表1 焊接点距参考

一个焊接件的厚度(mm) 0.3 1.0 2.0 3.0 4.0 6.0

焊二层板时最小点距(mm) 12 15 25 30 40 60

在实际设计中，当焊接小的零、总件时，可以参考上表数据，在焊接大的零、总件时，点距可以适加大，一般不小于35～50mm。在有些非受力的部位，则焊点的距离还可以加大到70～80mm。

⑼.焊点不应布置在圆角拐弯处或不平整处，由于焊钳在焊接时的压力比较大，易在圆角拐角处或不平整的部位产生焊接变形。对于无法用点焊连接的弧形搭接面，必须考虑涂点焊密封胶或补CO2焊点；

⑽、一般情况下，尽可能少的采用三层板或者三层以上的焊接结构，最好能够通过使用工艺缺口以进行二层板焊接来代替三层板，三层板等直径通孔若用CO2塞焊易造成虚焊，设计时应尽量避免，无可避免时将焊接面的孔径稍做扩大，便于焊接。

5.2提高生产过程保证能力

⑴.冲压材料应具有良好的塑性，即有较高的伸长率和断面收缩率，较低的屈服强度和较高的抗拉强度。这样，允许的变形程度大，有利于冲压工序的稳定性和变形的均匀性，提高了制品的成形尺寸精度。

⑵.避免分离工序中断口缺陷、制件整体缺陷所造成的飞边、毛刺、尺寸超差、位置不准等缺陷；

⑶.避免弯曲件圆角半径过大。过大时因受弹复的影响，弯曲件的精度不易保证，容易产生形变。弯曲工件的工序增多时，选择相同的定位可减少零件的偏差。此外，工序前后安排顺序不同，也会对精度有很大的影响。例如，对于有孔的弯曲件，先弯曲后冲孔时，孔的精度比先冲孔后弯曲时孔的位置精度要高得多；

⑷.及时检查和调整模具间隙，保证冲载件的断面质量、形状精度和尺寸精度。当间隙较小时，冲裁件往往出现弹胀现象，即材料压缩变形。冲裁后的弹性恢复，使落料件外形尺寸增大（大于凹模尺寸）；使冲孔尺寸缩小（小于凸模尺寸）；当间隙过大时，拉应力的作用又超过压应力的作用，冲裁过程中有拉伸现象，冲裁后又有反向回弹，因而使落料件尺寸缩小（小于凹模尺寸），使冲孔件尺寸增大（大于凸模尺寸）。

⑸.多采取整修、挤光、负间隙冲裁、小间隙圆角刃口冲裁、对向凹模冲裁、精密冲裁等工艺。

⑹.员工操作时必须执行合理的焊接方法和焊接工艺（焊接顺序），控制稳定的焊接规范，以减少焊接变形；

⑺.零件在运输过程中，以及在一系列装夹取放的过程中，由于员工的熟练程度、劳动态度方面的影响，都会不可避免的使工件产生一定的变形，造成装焊误差，这种装焊误差一般属于随机误差，要尽量避免。

5.3工艺方法弥补

对于异响问题点的处理，只有两种方式，一是将相互干涉、摩擦的钣金进行固定，消除异响源；二是增加异响问题点相互配合的间隙，使其在工况下不至于干涉、摩擦产生异响。具体对应以下两类工艺方法：

⑴.增加焊点、涂点焊密封胶或填充隔振胶

针对焊点布置不合理、悬置料边过长等问题，通常采用增加焊点的方式来解决。对于无法用点焊连接的弧形搭接面，必须考虑涂点焊密封胶或补CO2焊点。如异响源在封闭内腔中，最直接、最简单的办法就是向异响源处填充隔振胶。

⑵.合理加大配合间隙

针对设计间隙小、冲压制件不合格、公差累计等问题，一般没有焊接边、焊接空间可供焊接，主要采用的工艺方法就是改进单件，合理加大配合间隙来解决异响问题。

5.4新工艺、新技术的应用

⑴.激光拼焊板技术：激光拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板。

激光拼焊板的应用将减少结构件数量、提高制件质量，避免复杂结构下，钣金公差累计造成的钣金干涉、摩擦异响。

图10 激光拼焊工艺与传统工艺对比

⑵.热成型技术：热成型技术是将原材料加热到再结晶温度以上某一适当温度，使板料在奥氏体状态

成形。热成型材料可以优化集成，并且没有回弹，可广泛用于车身的A、B、C柱等处。

图11 热冲压成形与冷冲压成形对比

⑶.机器人焊接技术：机器人焊接是一种稳定、高效的车身焊接和控制方法，能够对各关键点的焊接

和尺寸提供有效保证，增提高车身各结构的稳定性，减少焊接过程公差累计。

⑷.车身结构模块化：车身结构模块化能够简化车身设计结构、降低工艺要求、提高配合精度。

6、总结

车身异响涉及的因素非常多，在问题处理过程中难度系数大，很多异响问题只能做到具体问题具体分析，更值得关注的是，在预防车身异响方面目前还没有一套完善的检测方法，只有等到问题发生后再去寻求问题产生的原因。以上分析及解决办法只是工作中的经验积累，缺乏一定的理论科学依据，仅仅为我们提供一些车身异响诊断及解决方面的参考。虽然每款车型车身结构不同，但车身异响的原理是相同的，在工作中，设计人员及现场技术人员需要不断的总结归纳，把我们的经验进行沉淀，并实现经验共享。产品开发设计结合SE工程，在调试、生产等一系列环节和过程，都必须进行综合的控制，这样异响问题才能得到改善，整车质量也能彻底得到提升。

参考文献：

[1] 奇瑞汽车股份有限公司汽车研究院. 汽车动力学基础（1）[R]. 2005年.

[2] 奇瑞汽车股份有限公司培训课件. 冲压工艺学[R]. 2010年9月.

[3] 奇瑞汽车股份有限公司规划院. 焊接基础知识[R]. 2008年.