行人警告声音系统结构设计

杨林，杨磊，史乃青



行人警告声音系统结构设计

杨林，杨磊，史乃青

（中国电子科技集团公司 第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

行人警告声音系统的结构强度与防护性能，是结构系统设计的重要技术指标。分析了行人警告声音系统的结构组成、材料选型与密封设计，并探讨了该产品的结构强度和防护性能指标。通过力学仿真设计分析，论证该系统强度满足产品的设计要求；通过产品零件的选型与密封结构的设计，系统防护等级达到IP67，该系统防护性能亦满足产品设计要求。

行人警告声音系统；结构强度；防护性能；力学仿真

电动汽车是当今世界比较环保、高效、发展迅速的交通工具，纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车在解决能源、环保和安全问题上起到至关重要的作用。电动汽车由于没有配备传统的燃油引擎，仅依靠电动马达驱动车辆，因此在行驶时除了微微的电动声响之外，在嘈杂的都市中无法使得道路的其它使用者察觉车辆靠近，造成车辆行人发生碰撞事故的可能。行人警告声音系统（Vehicle Sound for Pedestrians，VSP）是一种主动安全产品，能主动发出行人容易识别的声音以提醒车辆的靠近，而驾驶员和车内乘客却不会受到干扰，在解决行人安全问题的同时，驾乘舒适性也得到了满足。本文通过对某型汽车VSP进行结构设计，探讨了VSP的结构组成、密封设计等关键技术。

1 行人警告声音系统设计

VSP安装在车辆前舱盖里面的车身横梁上，喇叭正前方安装有高分子材料制成的前保险杠，VSP布局时与前保险杠应保留足够的空间和安全距离。在有限的车体空间内，VSP的“适装性”设计很重要，系统设计时尽量考虑VSP设计的小型化。

VSP从系统架构上分为了控制模块和声音输出模块，由系统电源、单片机驱动功率放大电路组成控制模块，驱动扬声器主动发出行人容易识别的声音。控制模块将信号输入及输出等数字电路集成到一张电路板，由单张电路板实现完整的VSP控制策略功能，同时将扬声器集成设计到控制器中，最大限度的实现了VSP的集成设计。

图1 VSP的系统原理图

图2 VSP实物示意图

2 结构设计

行人警告声音系统主要由上壳、下壳、支架、电路板、扬声器构成，扬声器与上壳、上壳与下壳及下壳与接插件线束之间均采用介质密封，形成防护等级为IP67的密闭腔体。其中上壳、下壳用工程塑料注塑成型，使用自攻螺钉固定，方便结构设计和加工，降低制造成本。在上壳、下壳模具内腔表层转印特定的图案，在外壳的表面形成独特的皮革纹理。皮纹主要有装饰和保护两个功能，使得零部件表面有良好的外观效果，遮盖了产品表面的瑕疵，同时防止产品在加工运输及装配过程中被划伤，留下划痕，影响外观。

2.1 上壳结构设计

上壳不仅对扬声器的固定提供支撑，上壳中的音腔还对扬声器的音效起放大作用，在保证性能指标的同时，还应易于成型制造。VSP不属于驾驶舱室内零部件，恶劣的使用环境对壳体材质提出很高的要求。常用于汽车零部件壳体的材质有ABS、POM、PA、PBT、改性PPO、增强PC等，设计时除了需要考虑要有足够的防护性外还需考虑产品的可靠性，因此选用的原材料应具备良好的硬度，同时为提高结构可靠性，可以考虑在塑料中添加一定比例的增强剂以增加强度；车载电子部件的设计应以体积小巧、质量轻薄为准，材料密度越小越好；材料选择时应同时考虑使用常见的工程塑料，可以降低制造成本，同时满足汽车行业大规模生产的要求。给予上述分析，上壳材质使用PA66＋30GE通过模具热注塑成型。该上壳具备良好的综合性能，强度好、重量轻、同时成本较低。上壳与发音头之间采用整个圆周点胶的方式装配密封，点胶槽深度2.0 mm，保证发音头的装配强度及密封性能。

2.2 下壳结构设计

下壳在固定电路板的前提下，与上壳、接插件之间存在密封结构设计，保证结构性能的同时应易于成型制造。下壳是VSP的结构主体，除了安装和固定电路板、上壳外，同时需要与支架连接，需要保证足够的强度，材料选择与上壳相同的PA66＋30GF，在安装接口定位柱上增加加强筋以增加下壳强度。由于发音头的工作原理是利用其内部的电子电路，将直流电调制成脉冲电，然后通过电磁铁驱动膜片振动系统，从而发出响声。因此考虑到扬声器的工作特性及VSP的音质效果，在下壳底部增加呼吸孔。VSP整体须满足防护等级IP67的要求，需要在呼吸孔的位置增加防水透气膜，以达到防水透气的效果。

图3 VSP上壳示意图

图4 VSP下壳示意图

2.3 密封结构设计

VSP是驾驶舱室外件，结构应具备相应的防水等级。VSP安装于汽车前舱盖附近，客户要求将防水等级定为IP67（具体要求见GB 4208－2008），即将产品放置于水下一米，持续半小时，要求没有水渗入产品内部。针对防护要求，除了需要选择防护等级IP67的接插件和发音头外，对结构件连接处的密封也需要进行特别处理。由于上壳、下壳与接插件装配后形成一个三个零件组成的不规则密封界面，因此选择使用密封胶密封防水。通过将上壳、下壳和连接器之间设计为卡插式接触，端面连接处预留一定的容胶空间，粘稠状密封胶通过灌封填充零件之间的安装间隙，牢固附着于零件表面，胶体固化后在表面形成均匀稳定的保护膜，对水起到很好的防护作用。上壳、下壳密封槽配合设计时采用外高内低的方式，点胶时可保证密封胶向产品内侧渗入，避免影响产品外观。上下壳的装配螺钉孔选择设计在密封槽外，简化了产品点胶的工艺，取消了螺钉孔的点胶工序。

图5 VSP密封槽示意图

图6 VSP装配螺钉位置示意图

2.4 支架设计

支架作为VSP和车辆间过渡转接件，是VSP装配在不同车型上的基础，不同的车型设计不同的匹配支架。支架设计时，尽量避免结构较为复杂或折弯处过多的情况，对支架局部受力矩较大点及折弯处应做加筋处理以增加支架强度。模拟支架在静态的情况下受力分析，支架强度较好，折弯处强度较低，已做加筋处理，分析结果满足安装要求。

图7 支架受力静态分析

3 结束语

VSP具有广阔的发展前景，国内各大车企纷纷推出各自的新能源汽车，推荐标准已经出台，VSP作为汽车安全部门逐渐成为新能源汽车的标配。本文论述了某行人警告声音系统产品的结构设计，此方案具有结构简单、功能齐备、适应性强等优点，满足了新能源汽车的使用要求，具备了低成本大批量制造的工业化生产的前提条件。

本文介绍的VSP已经成功应用于产品的实际生产，也为其他汽车电子产品研究提供了参考和借鉴作用。

[1]孟伟伟. 电动汽车行人声音警报系统的研究[J]. 北京：电子技术与软件工程，2015（11）：253，258.

[2]杨德新. 汽车喇叭的结构与工作原理[J]. 石家庄：中小企业管理与科技（中旬刊），2015（6）：236-238.

[3]邱宣怀. 机械设计[M]. 北京：高等教育出版社，1998.

[4]朱倩，李晓峰. 汽车内饰皮纹的设计[J]. 机械，2015，42（7）：54-59，63.

Structure Design of Pedestrian Warning Sound System

YANG Lin，YANG Lei，SHI Naiqing

( The 38th Research Institute, CETC, Hefei 230088, China )

The structure strength and protection performance of the vehicle sound for pedestrians are the important technical indexes of the design of the structure system. In this paper, the structure, material selection and seal design of a vehicle sound for pedestrians are analyzed, and the structural strength and protective performance indexes of the product are also discussed. Through the analysis of the mechanical simulation design, it is demonstrated that the strength of the system meets the design requirements of the product. Through the selection of the product parts and the design of the sealing structure, the system protection level is IP67, and the protection performance of the system also meets the requirements of the product design.

vehicle sound for pedestrians；structural strength；protective performance；mechanical simulation

U463.65+3

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.06.012

1006－0316 (2018) 06－0064－04

2017－12－06

杨林（1989－），男，安徽安庆太湖人，本科，工程师，主要从事车载电子产品结构设计工作。