苏臻
摘 要：对于微型汽车来说，由于车内空间不大，只能布置座椅靠背两侧上端使用锁的形式，此形式由于是锁和车身接触，容易产生异响。一旦后排座椅產生异响问题，将会困扰到乘客，进而影响汽车的销售。采用故障树分析法对汽车后排座椅异响现象进行全面深入的分析。构建座椅异响故障树，并对其进行定性分析，得出座椅异响的故障原因，最终提出有效的维修建议和防止措施方案。
关键词： 汽车；座椅；异响；故障树分析
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.235
1 引言
随着我国汽车行业的迅速发展，汽车不仅仅成为人们出行的常用工具之一，还是消费者生活方式的一种表现方式。汽车的种类的丰富让人们有更多的选择，其中人们日常出行和运输使用较多的就是微车。微车是微型车的简称，比如小型轿车和小型面包车，一般指轴距在2米左右的车型，这类车的排量通常不超过1.6L [1]。
汽车技术随着人们对乘车需求的不断提高而在不断地进步。因此如何以顾客为中心对汽车进行改善，提高人们乘车体验，增加行业竞争力是汽车设计行业面临的问题之一[2， 3]。座椅是汽车乘坐的地方，因此对长时间乘坐有很高的要求，同时还将影响到行车的安全问题。作为一直困扰着汽车行业的问题之一，汽车的座椅异响问题则直接影响着乘客驾驶安全和舒适体验。
异响属于噪音振动粗糙度（NVH，Noise Vibration Harshness）问题，用来描述汽车非正常响声和振动。汽车的异响极易降低乘车质量，进而影响乘客对整车质量的评价[4]。作为异响的主要来源，座椅异响问题则是内饰系统异响的关键部位。加上座椅与人体直接接触，所以乘客的异响感受也更加直观，因此研究座椅异响问题对提高乘车质量显得十分必要。
通过试验方法对异响问题进行研究和解决是常用的手段，能够有效地降低整车由于异响造成的质量缺陷[5， 6]。然而试验作为研究的基础阶段，一般很难从全面的角度分析故障发生的原因。因而也就无法给出一个综合的有效解决方案。作为安全系统工程中最重要的分析方法，故障树分析法又称事故树分析（Fault Tree Analysis， 简称 FTA 法）是一种需要整体、综合、定量或定性地考虑系统异常行为的方法。 故障树分析方法可对系统或机器的故障进行预测和诊断，通过分析系统的薄弱环节找出可能故障原因，从而帮助系统或机器实现最优化[7， 8]。故障树提供的是系统或机器与其他子系统或部件发生故障的逻辑结构， 通过这种结构对可以系统或机器故障形成原因做出从总体到部分的逐渐地细化，因而也更为综合和直观。故障树分析法曾被用于汽车发动机的异响分析上[9]，然而将故障树分析法用于座椅异响问题分析还未见报道。
本文以微车座椅常见异响故障为例，建立座椅异响故障树，利用故障树最小故障割集分析法对故障割集进行定性分析，并给出导致座椅异响的主要故障原因和相应的解决办法。
2 微车后排座椅异响失效情况介绍
本研究以某车企路试的微车为例进行座椅异响的具体研究。处于路试阶段的某车企的后排座椅60侧靠背在1万4千公里的时候发生了后排异响。这与该车企的要求相差较大，即3万2千公里座椅无损坏，无异响。
3 后排座椅异响故障树的建造
作为汽车制作一个组成元素，汽车内饰是综合美观、功能、实用等一系列性能的重要部分。内饰的质量无意将对整车的市场销售起到一定的影响作用。汽车内饰一般可以分为两个层次，如座椅、仪表、中控、车门等的第一层次，而进一步细化，则构成了第二层次，比如仪表分类可以仪表盘、刻度、显示窗口、指针等。而作为汽车内饰系统的主要部分，座椅是最能够体现车辆舒适性能的主要指标[3]。
采用故障树的分析方式对微车座椅进行研究是快速解决车企反馈失效问题的重要途径。
从结构上来说，座椅由头枕、坐垫骨架及发泡、靠背骨架及发泡、面套和饰板构成。按照异响部位来分，可以将座椅异响分为头枕异响、靠背异响、坐垫异响和手柄异响等。而异响产生的主要原因可以分为座椅构件的摩擦和撞击以及座椅与其他物品的摩擦和撞击两类[10]。根据实际车企反馈失效情况，研究方向将集中在靠背上。靠背上的零件有，头枕，发泡，面套，塑料件，骨架，锁。各种零件都有可能产生异响，同时需要考虑与车身件配合。以这几种异响故障构建的故障树如图1所示。
4 后排座椅异响故障树的分析
对于简易快速排除异响的方法可以如图2所示采用敲击法：手握拳，在车内部分区域敲击，当敲击到某个部位响声出现时，就近确定整个部位周围都有什么东西，逐一拿出或固定，再敲打确认，如果响声消失了，就说明拿出来或固定住的东西就是异响源。
根据座椅靠背异响故障树分析的底事件问题运用敲击法结合质量检查进行逐一排查：
（1）去除头枕后异响任然存在。
（2）去除发泡面套后异响任然存在。
（3）去除塑料件后异响任然存在。
（4）翻倒靠背时候，无异响。
（5）无脱焊。
（6）钣金尺寸报告全部合格。
（7）同类型骨架无异响产生，所以并非骨架刚性问题。
所以失效问题点集中于锁的区域。故进一步的研究方向将集中与锁方向上。
5 锁异响故障树的分析
锁由弹簧，锁舌，锁轮，锁外壳，橡胶块和车身striker组成，如图3所示。
根据锁的构成零件，构建的锁异响故障树如图4所示。
根据锁异响故障树分析的底事件问题运用贴毛毡布结合质量检查进行逐一排查：
（1）锁内部机构尺寸合格。
（2）锁外壳尺寸合格。
（3）如图5，striker上贴毛毡布，结果异响任然存在。排除striker敲击原因。
（4）如图5，在锁外壳盒锁内部机构贴毛毡布，结果异响任然存在。排除锁外壳晃动原因。
（5）如图5，在锁舌，锁轮上贴毛毡布，结果异響消失。由于所内部机构尺寸合格。故着重分析弹簧和橡胶块预紧力如果不足是否是产生异响的原因。
如图6所示，F' 是弹簧以及橡胶块产生的预紧力。F''是座椅振动适合产生的内部力。当预紧力不足，即F > F时，锁轮会推动锁舌动作，所以在区域a，座椅振动下会产生周期性开合的动作。所 以预测此为本座椅靠背产生异响的根本原因。
6 橡胶块预紧力分析
如图7所示根据实际情况计算靠背座椅振动适合产生的内部力。
座椅实车激励数据：
垂直加速度： 5.88m/s2 （0.6g）
水平加速度： 4m/s2 （0.4g）
重量： 13.2kg， L1： 180mm， L2： 348mm
拷贝角： 25°
计算：
Fx = 4 x 13.2 = 52.8 N
Fz = 5.88 x 13.2 = 77.6N
G = 13.2 x 9.8 = 129.4 N
F = （Fx*cos25° + Fz*sin25° + G*sin25°） * L1/L2 = 69.9N
如图8所示，假设不修改弹簧的情况下，根据扭矩平衡原则，弹簧的预紧力计算如下：
mg*Lm + F*Ls + m g*Lm=Fa*La，
Mg*LM + Fa*La + F*LF=Ft*Lt
m-------锁舌重量=0.021kg
Lm-----锁舌重量到转轴点a力臂=11.1mm
F-------弹簧回复力 =10.4N
Ls------F到转轴点a力臂=28mm
m------解锁手柄重量=0.021kg
Lm-----m'到转轴点a力臂=27mm
Fa------锁舌与锁轮的推动力
La------Fa到转轴点a力臂=23.2mm
M-------锁轮重量=0.04kg
LM------锁轮重量到转轴点a力臂=8.4mm
La------ Fa到转轴点b力臂 =9.9mm
LF------ F到转轴点b力臂=13.5mm，
Ft-------弹簧预紧力
Lt------- Ft到转轴点b力臂 =15.2mm
Ft=15.6N
根据前文，如果需要没有异响必须F''< F' ，即F''< Fr（橡胶预紧力）+Ft（弹簧预紧力），所以Fr 要大于 F''-Ft=69.9-15.6= 54.3N
调查失效的橡胶块，其硬度值为53.根据图9，橡胶块的预紧力F/S图来看，在锁位置的预紧力仅为35.3N。其值小于不产生异响的54.3N。
所以本次座椅靠背异响根本原因是橡胶块和弹簧预紧力不足。
7 问题点对策分析
由于已经确认出本次座椅靠背异响根本原因是橡胶块和弹簧预紧力不足。所以可以考虑的对策为：
（1）增大橡胶块硬度（橡胶块预紧力）。
（2）增大弹簧预紧力。
由于增大弹簧预紧力需要更换弹簧，所以会造成成本上升，车企并未同意。而，橡胶块硬度调整无需费用，所以最终对策为增大橡胶块硬度至56-60左右。此外，为了防止改善方案的二次问题，我们还做了二次问题分析表，对增大橡胶块硬度可能产生的一些二次问题进行具体分析。
根据表1分析，进行解锁力计算，客户要求解锁力在165N以下：
靠背重量：13.2kg
L1：180mm
L2：348mm
L3：530mm
靠背角：25°
F'=Ft+Fr
Ft=18N（锁止时候的弹簧预紧力）
Fr=251.8N（橡胶块极限状态值）
G=13.2*9.8=129.4N
Fe=（（Ft+Fr）* L2-G* L1*sin25°）/ L3=158.6N<客户要求165
N
故选择橡胶块硬度60的产品既满足了异响对策，又满足了操作力需求。所以将其作为异响的最终改善对策。
8 实物对策确认
根据对策生产的座椅缴付车企再次路试，满足3万2千公里座椅无损坏，无异响。同时，座椅产品的操作力测试结果为平均120N，最大130N，满足客户需求。故验证此对策有效。
9 结语
针对某企业路试阶段微车的异响故障，采用故障树分析法从座椅靠背大的方面开始，对座椅异响进行全面的分析。通过建立故障树，得到故障割集发生的具体位置，并通过实验对故障割集进行定点分析。同时，通过对二次进行锁的故障树进行分析，找出导致座椅异响的根本故障原因。总体来说，本次座椅异响故障产生的主要原因为弹簧和橡胶块的预紧力不足。微车的靠背异响是常见的失效情况，本文为其他异响研究的分析拓展了思路。同时，也为解决靠背以及锁有关异响提供了参考的研究方法。最后，本研究也对座椅设计时锁弹簧以及橡胶块的具体设计要求提出了指导性的意见。
参考文献：
[1]邓颖，覃璇芳，钟浪. et al.浅谈微车后排座椅异响问题改进 [J].企业科技与发展，2014，13（40-1）.
[2]马钧，王佳一.汽车内饰情感设计系统研究 [J].上海汽车， 2010，5（51-5）.
[3]李南南.汽车座椅舒适性研究与探讨[J].时代农机，2015，8（39-40）.
[4]臧春辉.降低N车型座椅异响故障率分析[J].企业科技与发展， 2016，7（85-8）.
[5]江文杰，孙成武.某车型汽车座椅异响问题的研究与解决[J]. 机械制造，2016，54（04）：44-6.
[6]邵延峰，薛红军.故障树分析法在系统故障诊断中的应用 [J]. 中国制造业信息化，2007，1（36）：72-7.
[7]蔡宗平，汤正平，闵海波.故障树分析法的专家系统在故障诊断中应用[J].微计算机信息，2006，22（22）：135-7.
[8]陶勇剑，董德存，任鹏.采用故障树分析诊断系统故障的改进方法[J]. 哈尔滨工业大学学报，2010，42（01）：143-7.
[9]宋胜利，冯涛，左从武，et al.发动机异响故障树分析[J].建筑机械化，2007，28（11）：67-8.
[10]余慧杰，张智源，张晨.汽车座椅导轨异响问题的仿真分析及优化方法[J].电子科技，2016，29（12）：78-80.
