后视镜折叠异响问题的理论分析与解决

易熙

（上海汽车集团股份有限公司乘用车公司）

后视镜是呈现汽车后方视野的关键零件，是集使用和外观装饰功能为一体的零件。后视镜一般都具备电动或手动折叠收拢功能。折叠功能一方面满足了凸出物法规要求，保护碰撞中的行人安全，另一方面也可减小停车后的占据空间，避免后视镜被碰擦的风险。但在后视镜折叠过程中，很可能引发异响问题，在日益注重客户用车舒适度体验的今天，如何解决后视镜折叠异响这类感官质量问题，成为目前后视镜零件设计和质量控制的一项重要课题。文章针对一类典型的后视镜折叠异响问题进行分析，从产品结构入手找到异响声源，探讨了触发异响的原因机理，基于机理假设制定了解决措施并加以验证，为后续类似问题的分析提供了参考。

1 后视镜折叠异响的故障现象

在某汽车后视镜项目开发中，发现在后视镜电动折叠和手动折叠的过程中，都会偶发“嘎——”的明显异响声，持续时间1～3 s 不等，在驾驶员位置测量该声音大小约54 dB，是客户能明显感知并难以接受的异响。而且该异响复现频度无规律，有时候某个零件上反复折叠会持续出现，但大部分零件仅在初次或前几次折叠后出现，之后继续折叠复现程度低；也有个别零件甚至在静置一两天之后，再折叠时又发生异响。随机抽检100 个后视镜，每个连续折叠50 次后探测问题，统计得到出现1 次或1 次以上异响问题的零件占比为42%，问题出现的比例非常高。一开始试图从有异响和无异响零件的差异性方面去对比找原因，如零件的涂油润滑情况、每个子零件的尺寸、总成零件的装配状态等，但经对比发现，有异响和无异响的零件无明显的差异，由此推断每个零件都可能随机发生异响。由于该异响随机间歇性发生，故障现象持续复现程度低、难以捕捉，要分析和解决问题非常困难，至今尚未见到系统的理论研究。文章借助此次问题进行了分析和理论探讨。

2 折叠异响声源确认

2.1 后视镜运动结构解析

既然异响在每个零件上都可能随机发生，在产品尺寸已确认符合设计要求的前提下，可以推断该问题是由设计原因导致。要从根本上解决问题，就得从零件结构入手。该后视镜折叠运动机构的数模剖切图和实物图，如图1 所示。

图1 后视镜折叠运动机构的数模剖切图和实物图

从图1 中可见，销轴自下而上穿过了折叠电机、基板、弹簧、耐磨片、挡圈和U 形插片，是一种成熟典型的电动折叠后视镜结构布置。而且异响在手动折叠和电动折叠模式中都会发生，这就排除了结构形式、电机本身缺陷导致异响的可能，问题的分析需从运动件之间的配合细节去着眼。

2.2 异响声源的确认

基于声音产生的原理，通过观察后视镜的折叠过程，去寻找异响源振动点。以电动折叠过程为例，以销轴为参照物，发现折叠时，基板围绕销轴做转动并且与销轴圆柱外表面存在0.5 mm 的间隙，基板无摩擦和振动现象。弹簧安装后弹力约为500 N，这一极大的弹力让弹簧被紧紧挤压在基板的弹簧固定槽和耐磨片之间，耐磨片和基板又存在限位固定，所以弹簧在整个折叠过程中相对基板、耐磨片都是静止的，也无振动现象。在耐磨片、挡圈和U 形插片三者之中，耐磨片被基板限位，U 形插片被销轴限位，而挡圈仅仅是垂直方向被弹力挤压限制了运动，水平方向无限位，存在活动空间。在这3 个零件的2 个接触面中，哪一个接触面的摩擦力大，该接触面就是静止的，而摩擦力小的接触面就是相互运动的面。实际观察发现，正常装配的零件，挡圈的上下表面都是涂了润滑脂的，这2 个接触面哪一个存在相对运动具有随机性，有时候是其中1 个面在运动，有时候2 个面都在运动，而且与异响的发生无特别关联关系。但重要的一点是，在异响发生时，该三者切实被观察到了明显的振动，由此锁定它们之间的运动产生的振动即是异响声源。

3 异响机理的探讨和验证

3.1 异响机理的推测

确认异响声源和触发异响的运动细节之后，查阅“摩擦振动”理论相关的文献可知，摩擦振动多见于汽车制动、回转铰链等研究领域：由摩擦产生振动，振动进一步导致异响，被称为摩擦振动异响[1-4]。摩擦振动存在3 个特点：1）振动产生于低速滑动时，并常常伴随产生噪声，而于高速时消失；2）振动的振幅和频率与滑动速度、滑动件质量和系统的刚度有关；3）产生振动时第1 个振动波的振幅比其后振动的振幅大得多[5-8]。文章的后视镜折叠异响故障现象完全符合摩擦振动的特点，因此推断该异响问题正属于摩擦振动异响。文章根据摩擦振动的理论方法制定解决方案，对理论的适用性加以验证。

3.2 基于机理推测制定优化措施

已知的摩擦振动理论研究成果已经给出了3 种消除摩擦振动的方法：1）减小摩擦力，以使其受速度的变化影响较小，如采用静压轴承，或改善轴瓦表面材料；2）改善“摩擦力-速度（f-v）”曲线的不良特性，以使低速下f-v 曲线的梯度大致为0 甚至稍大一些；3）选择刚度很大的传动系统以避免在载荷下变形过大，这样能缩短黏着时间，利于摩擦振动的消除[9-14]。这些改善方案中，最为有效的是减小摩擦力。动摩擦力公式，如式（1）所示。

式中：f——动摩擦力，N；

μ——动摩擦因数；

N——垂直力，N。

降低摩擦力可以从降低接触面的动摩擦因数μ 和减小垂直方向的压力N 两方面入手。具体到后视镜产品，可以考虑从3 个方面来减小摩擦力，避免发生摩擦振动：1）不接触，不产生摩擦；2）减小接触面动摩擦因数；3）减小弹簧垂直向的压缩弹力。

3.3 优化措施的效果验证

3.3.1 避免接触产生摩擦

确认了异响来源于耐磨片、挡圈、U 形插片三者之间的摩擦运动，而这三者叠加构成了运动机构，无法实现不接触，但可以避免一些不必要的接触面。比如：挡圈翻边根部原设计为冲压直角，翻边内壁与U 形插片外边缘极近点设计的间隙为0.1 mm，在实际运动时不可避免存在摩擦。针对这点，对形状和尺寸进行改善，如图2 所示。1）将挡圈翻边由直角改为向外倾斜30°，且根部倒圆角R2（如图2a 所示）；2）U 形插片外径减小1 mm，即极近点理论间隙增大为0.5 mm，避免和挡圈的翻边内壁摩擦，消除该区域带来的摩擦（如图2b 所示）。该改善措施（以下简称措施1）实施后，100 件产品经50 次折叠检查后发现，故障发生的概率从42%下降为32%，说明该位置的摩擦力对异响问题有一定的贡献。

图2 挡圈和U 形插片配合的尺寸改变方案示意图

3.3.2 减小接触面动摩擦因数

减小接触面动摩擦因数的方法有接触面涂油、零件表面粗糙度提高、用滚动摩擦代替滑动摩擦等。在实施优化措施1 的前提下，提高挡圈和U 形插片2 个零件的表面粗糙度来减小动摩擦因数——表面粗糙度由12.5 提高到3.2（以下简称措施2），100 件产品经50 次折叠检查，异响发生的概率从32%进一步下降为25%。继续进行验证，对耐磨片和U 形插片的摩擦形式进行改善，如图3 所示。1）将耐磨片由现有的POM塑料圆环改为滚珠圆环（如图3a 所示，以下简称措施3），即滑动摩擦改为滚动摩擦，同样对100 个零件进行50 次折叠检查，异响发生概率由25%进一步降低为0，异响完全消除。滚珠圆环方案实施后虽然对异响问题的解决非常有效，但不足之处是该措施会导致成本上升，滚珠圆环价格是原POM耐磨片的好几倍。于是采用近似替代方案：在U 形插片下表面，设计出6 个高0.2 mm 的冲压凸点（如图3b 所示，以下简称措施4，仅冲压模修改增加凸点，成本几乎可以忽略），使它与挡圈的接触由面接触改为点接触。经统计确认，问题的发生概率由25%降低为5%，降幅非常明显，表明平面摩擦因数是本次问题的主导性因素。

图3 耐磨片和U 形插片摩擦形式改善方案示意图

3.3.3 减小弹簧的压缩弹力

减小弹簧的压缩弹力，即减小垂直力N 的方案。原设计的弹簧压缩力为500 N，经逐级减小验证，弹簧刚度在满足镜头振动特性的前提下，弹簧力最小可减小为380 N（以下简称措施5）。在实施措施1 和措施2 的前提下，再增加措施5，故障概率由25%进一步降低为18%。如果措施1、2、4、5 叠加，异响发生概率由最初的42%降低为0。即通过减除挡圈翻边内壁与U 形插片的摩擦、减小弹簧压缩力、在U 形插片小表面增加凸点后，在成本几乎不变的前提下，解决了该异响问题，是性价比非常高的方案。目前为止，该状态零件已经装车使用逾2 万件，交到客户手中时间超3 个月，尚未发现折叠异响问题，验证了方案的有效性。

3.3.4 优化措施叠加

基于摩擦振动理论，文章制定了5 种措施，它们及相关组合的验证效果总结，如图4 所示。从图4 中发现，消除局部摩擦接触、降低摩擦因数、改滑动摩擦为滚动摩擦、减小垂直力等都分别对该问题的发生率有降低作用，印证了摩擦振动理论对该问题的适用性。而措施1、2、4、5 叠加的方案，在几乎不增加成本的前提下，解决了异响问题，成为最佳解决方案。

图4 优化措施实施后经50 次折叠后的后视镜异响比例图

4 结论

文章基于某类后视镜折叠异响故障现象的特点，推断异响由摩擦振动导致。基于摩擦振动理论制定优化措施，通过检查统计数据，验证了措施的效果，其中4 种措施叠加形成了问题最终的解决方案。异响问题的解决反过来又证明了摩擦振动理论对该类问题的适用性。明确的理论指导为后续类似问题的分析提供了依据，必然会提高问题的解决效率。