轎車側門關閉NVH性能分析

熊輝 鄧超 時西芳 張萌

（奇瑞汽車股份有限公司）

NVH（Noise，Vibration，Harshness）是噪聲、振動與不舒適性的英文縮寫，目前NVH 控制水平是汽車行業(yè)衡量汽車制造質量的一個綜合性指標。有統(tǒng)計資料顯示，整車約有1/3 的故障問題是和汽車的NVH 有關，用戶反映的20%～30%的問題都與NVH 有關[1]。因此，汽車的NVH 問題也是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)關注的問題之一。文章主要研究轎車側門系統(tǒng)在關閉過程中的NVH 問題，對提升整車NVH 性能提供有效的方案和思路。

1 側門系統(tǒng)結構及NVH問題

轎車的車門一般由車門鈑金、車門附件及內飾蓋板三部分組成，如圖1和圖2所示。整個車門由開啟到關閉的過程是車門以鉸鏈為旋轉軸，門鎖和鎖扣嚙合的過程。圖2所示的車門系統(tǒng)的其他結構在關門過程中產(chǎn)生相互碰撞，從而引起車門系統(tǒng)的振動，這類振動可通過合理布置各個結構之間的安全距離或易碰撞部位進行隔斷來解決。

目前，經(jīng)過大量理論分析以及工程經(jīng)驗總結出車門產(chǎn)生NVH 問題主要有:1）車門在關閉過程中，車門系統(tǒng)與車身系統(tǒng)撞擊激勵導致車門系統(tǒng)產(chǎn)生的振動；2）車門在關閉過程中，車門系統(tǒng)與車身系統(tǒng)撞擊激勵導致車門系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲；3）車門在關閉過程中，車門系統(tǒng)各機構的相互撞擊。

文章以某公司的車型為例，分別從關門振動、噪聲及不舒適性進行分析，并制定不同的改善方案。

2 側門關閉振動影響

某車型通過在多次關閉試驗中發(fā)現(xiàn)，車門系統(tǒng)與車身系統(tǒng)撞擊激勵導致車門系統(tǒng)產(chǎn)生的振動，以車門外板的振動最為明顯。這主要是由于外板為0.7 mm 厚的薄鋼板制成，中間大面積無結構支撐，因此以車門鈑金中的門外板為研究對象，著重分析在關閉過程中門外板的振動。

首先，對車門和整車系統(tǒng)進行CAE 建模；然后，按照關閉的工況對車門和整車系統(tǒng)進行約束，并按照振動工況進行加載，計算出側門外板響應情況。

圖3示出側門外板對各頻率的響應曲線，從圖3可以看出，在振動模式 9，10，12，16，18 及 20 工況下，側門外板的加速度響應較大，是產(chǎn)生振動的主要工況。圖4示出側門外板在這6 個工況下的CAE 振動相對位移云圖，由圖4也可以分析出各個工況下振動響應最激烈的區(qū)域。本次分析的車門系統(tǒng)車門外板面積較大，中間支撐較少，整個外板無明顯的特征結構，整體剛度弱，對振動工況的響應比較明顯。

3 側門關門聲音

車門關閉聲音質量的好壞，對顧客形成該車質量的好壞與否有極其重要的影響，好的車門關閉聲質量能給用戶安全、舒適、豪華及車身結實可靠和自信等印象，因此車門關閉聲是各汽車廠家主要研究的問題之一。

響度與尖銳度是心理聲學中準確評價人對聲音主觀感知的屬性，可以用來表示人類主觀感知的平均水平[1]。響度表示人的聽覺系統(tǒng)判斷聲音強弱的程度，是一個主觀感覺量，測量單位是“宋”（sone），可以按照ISO 532B 程序進行計算。在最小關閉速度下，好的車門關閉聲響度峰值大約為55 宋。尖銳度是一種描述聲音頻譜分布的方法，單位為“Acum”。該量值賦予高頻段聲音較高的加權值。“嘶嘶聲”“砰然聲”等聲音具有高頻率能量，因此在最小關閉速度下，理想的尖銳度是4.2 Acum。

聲音衰蕩指的是在關門初始撞擊發(fā)生后，聲音持續(xù)較長一段時間。如果聲音頻率很高，聽起來象是鈴聲；如果頻率較低，聽起來是“抖動”不定的音，或者是低頻下嗡嗡響的聲音，這種聲音信號的能量在碰撞發(fā)生后持續(xù)時間超過500 ms。

利用響度、尖銳度及衰蕩能準確地描述聲音，需要通過對多個不同車門關閉聲音做主觀評價試驗，由評審的人對這些聲音成對進行試聽，選出喜歡的聲音。每對聲音組合的試驗要做2 次，用好聽的聲音數(shù)據(jù)擬合出一個模型，從該模型可以得到每個聲音的評價值。該方法稱為成對比較測試法[2]?？梢园押线m的評價值和很多基于聲音印象的聲音量值關聯(lián)起來，門的關閉聲，低的響度、尖銳度及衰蕩是比較理想的。

根據(jù)圖4及以上分析，采用了如圖5所示的方對振動和噪聲進行改善，在側門外板上增加了膨脹膠并貼上了加強襯板，以提高局部的剛度。

圖6和圖7示出實施如上所述的方案后的實測圖及CAE 分析圖，對比圖3～7，可以明顯看出振動的響應大大減小，也說明理論分析和方案非常有效。整個車門系統(tǒng)的關系很復雜，而且相互交叉關聯(lián)，圖8示出聲音質量影響矩陣圖。

根據(jù)圖8的各零部件相互作用原理，結合該車型車門和CAE 分析，分別優(yōu)化了車門內板和車門護板的整體剛度，確保各個部件安裝牢固；優(yōu)化了各個零部件安裝點剛度、各零部件的安全間隙、門鎖的布置以及緩沖結構，避免金屬硬沖擊；優(yōu)化了密封條的緩沖和排氣結構。實踐證明，優(yōu)化后車門的關閉聲明顯得到了改善。最終確定該車門的響度峰值和尖銳度分別為48 宋和3.8 Acum，聲音衰蕩不超過400 ms。

對于車門關閉聲的差異性，主要體現(xiàn)在車與車之間和同一輛車的門與門之間。從前門到后門，由于車門結構的不同，聲音會有不同，但大部分車左右基本是對稱的，因此應該保證左右車門的關閉聲和關閉力一致，這種差異應歸因于加工過程的偏差。同一輛車的車門關閉聲存在差異，將會使乘客在下車關門時，產(chǎn)生廉價車的印象，因此一定要進行研究和分析。

4 側門關閉不舒適性

車門關閉過程中的不舒適性，是一個比較主觀概念。通常認為不舒適性除了與振動和噪聲關系比較大外，還與最小關門能量有很大的關系。因為最小關門速度和乘客關門所需要的能量最為接近，所以通常習慣用最小關門速度來衡量最小關門能量。文章以最小關門速度作為對象進行分析。

基于空載且門窗均關閉的狀況下，車門上的A 點，通過A'點時，恰好能使車門關閉所達到的速度稱為車門關閉速度；其中，A 點為車門關閉時門外把手水平中心線上方（60±20）mm 的門邊緣處，如圖9所示；A' 點為車門打開時門外把手水平中心線上方（60±20）mm的門邊緣處，距A 點的直線距離為（60±5）mm 處一點，如圖9所示。A 點和A'實際為車門上同一點，標示車門關閉和打開時不同的位置。

對同一輛車，不論如何關門，能使車門完全關上所消耗的最低限值能量是相同的。最小關門速度越小的車，關門時需要乘客用力也越小，關門過程中車門給整車輸入的撞擊能量也較小，因此能給乘客以順暢和舒適的感覺?？刂谱钚￡P門速度對提升關門舒適性有很大的作用。

經(jīng)過長期研究和實踐驗證，得到關門的影響因素有以下3 個方面。

1）接觸密封條前影響因素:限位器摩擦力、限位器彈簧力、鉸鏈旋轉摩擦力及車門重心的上升或下降等幾個主要影響因素；

2）接觸密封條后影響因素:存在限位器摩擦力、限位器彈簧力、鉸鏈旋轉摩擦力、車門重心的上升或下降、空氣阻力、密封條反作用力及鎖閉合摩擦力等幾個主要影響因素；

3）前期設計影響因素:鉸鏈軸線布置、車門質心位置、鎖體嚙合布置、車門內間隙設計、密封條的結構設計、密封條的壓縮負荷設計及空氣流通設計。

針對每個影響因素控制在什么樣的水平，文章不再一一敘述。綜合以上各個因素的有效控制，可以得出:該車型前門最小關門速度前門控制在0.9 m/s 左右，后門控制在1.0 m/s 左右。比優(yōu)化前的車型極大地提高了關門的舒適性。

5 結論

通過對該車型的關門NVH 的CAE 分析和工程方案改善，通過減小振動響應位移和隔斷位移以及聲音的傳遞，使得該車型的側門關閉NVH 性能得到了很大地提升。后期通過隨機的客戶調查和競品分析也證實了該方案的有效性。

文章對關門NVH 的研究也為整車所有系統(tǒng)的NVH 性能提升提供了很好的CAE 分析方法和改進思路，另外后期還需要再加大CAE 分析工況的研究，并與試驗對應起來，提出更多更好的工程方案，以供產(chǎn)品設計參考。