汽车碰撞引起的敲击异响分析

1.碰撞引起的敲击异响机理分析

在外力的作用下，两个相邻的物体产生碰撞，彼此接触，然后又分开，再接触，再分开。这个过程就产生了敲击声。对车身来说，路面激励是其敲击异响的主要激励源。部件之间的间隙太小、部件的刚度不足、结构松动等都是车身异响产生的原因。图8-10a表示一个运动的物体撞击一个静止的表面，这个物体受到冲击激励；图8-10b表示两个物体彼此碰撞，都受到冲击激励。

图8-10 两个物体的撞击

物体之间撞击的时间非常短。最极端的撞击发生在一瞬间，这个极端的冲击激励可以用δ函数表达，为

这个函数称为δ（t-t₀）函数。图8-11a是δ函数的时域图，它是一根垂直的直线。将δ函数进行傅里叶变化后，得到频域值，表示为

在频域上，它是一条水平线，如图8-11b所示。在所有频率上，幅值一样，即是个白噪声函数。如果激励力表现为δ函数形式，那么部件的所有频率都可以被激励起来。

图8-11 δ函数

假设激励力是半个正弦波，如图8-12a所示，表达为

经过傅里叶变化后，其频域表达式为

图8-12b是半正弦波的频域图谱。从图中可知，半正弦波的时间t₀越短，对应的频谱越宽。

图8-12 半正弦的时域图和频率图(www.xing528.com)

δ脉冲激励和半正弦激励是两种典型的、可以用数学表达式清晰表达出来的激励。车身部件碰撞激励中不存在这两种特殊的激励，大多激励是介于脉冲与正弦激励之间，也是宽频带的激励谱。

宽频带的激励作用在车身结构上，所发出的敲击声音的频率也是宽频带的。其敲击声的频带取决于激励力、结构振动特征和声辐射效率。车身上敲击异响的频率范围大多在200～2000Hz之间。

2.影响敲击异响的因素及分析

影响敲击异响的因素主要有空间设计、结构设计、材料配对、制造与装配。

（1）空间设计

两个部件之间的空间不足是引起敲击异响的常见原因。在静态时，两个部件有一定的间隙，但是部件的运动位移超过了间隙，就产生碰撞。比如，两根管子距离很近，它们的运动位移量超越了静态距离，就相互碰撞。

即便两个部件静态时相互接触，由于它们的运动位移不一致，也会发生相互碰撞。比如两根管子静态时彼此接触，但是运动时，彼此碰撞会发出敲击声。

在进行系统和部件空间布置设计时，需要确定相邻部件的运动间隙。通过极限运动包络线分析来确定所需间隙。比如，通过分析动力总成的各种极限运动轨迹，就可以确定动力总成与车身之间的距离。

（2）结构设计

结构设计不合理会产生敲击异响。结构设计包括车身的整体刚度和模态、部件的局部刚度和模态、部件的变形量等。当整体刚度和局部刚度不足时，整个车身很容易被激励起来并产生敲击异响。

比如，CD盒安装在仪表台板（IP）上，当IP梁的弯曲刚度不足及CD盒支架的刚度不足，就会导致这些部件的运动位移大，容易引起部件之间的碰撞。在IP梁和CD盒上增加支架使其刚度和模态提高，则其运动位移降低，避免了碰撞，就可以消除异响。

（3）材料配对

并不是所有的部件碰撞都会产生异响。金属与金属碰撞会发出敲击声，但是金属与柔软的橡胶碰撞可能就没有声音，因此，材料配对非常重要。比如，门锁里面的卡板、棘爪、锁扣之间会碰撞，如果它们都是金属件，敲击声会很大而且频率高，声品质差；如果在其中的一些部件上包裹缓冲材料，那么碰撞声会大大降低，而且高频成分大大减少，声品质提升。

对可能发生碰撞的部件，仔细分析和使用合适的配对材料是降低敲击异响的好方法。

（4）制造与装配问题

前面讲的空间布置、结构设计和材料配对都是从设计上来控制异响。虽然设计合理，但是制造过程中缺乏良好的质量控制，也会产生敲击异响。比如部件质量不好、材料变形、尺寸公差控制不到位等都会导致敲击异响。

车身的很多部件是用卡扣或者螺栓/螺母装配的。在安装过程中，由于部件装配不到位、卡扣没有卡到位、螺栓紧固力矩不足、漏装卡扣或螺栓、部件松动等都会带来敲击异响问题。