汽車車門密封性能控制與風(fēng)噪聲改善

孫　飛，梁　波，劉建偉，王智乾，趙　權(quán)

（1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司　技術(shù)中心，河北　保定071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北　保定071000）

汽車車門密封性能控制與風(fēng)噪聲改善

孫飛1，2，梁波1，2，劉建偉1，2，王智乾1，2，趙權(quán)1，2

（1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定071000）

汽車車門密封性能是整車風(fēng)噪聲水平的重要影響因素，分析汽車車門主要部件密封機(jī)理，提出相應(yīng)泄漏控制方法；結(jié)合某款SUV車型后側(cè)窗風(fēng)噪“泄漏聲”問(wèn)題，通過(guò)車門密封優(yōu)化，消除異常風(fēng)噪聲，主觀評(píng)價(jià)及客觀測(cè)試均達(dá)到改善目標(biāo)。

聲學(xué)；風(fēng)噪；泄漏聲；密封；優(yōu)化

一方面，隨著人們對(duì)高速出行需求的增加，客戶對(duì)汽車產(chǎn)品的高速行駛舒適性要求越來(lái)越嚴(yán)格；另一方面，汽車行業(yè)的白熱化競(jìng)爭(zhēng)迫使各汽車公司將性能提升列為首要任務(wù)。在此背景下，高速風(fēng)噪聲控制已經(jīng)成為汽車NVH領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)工作［1-3］。

研究表明，車輛低速及中速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系噪聲及輪胎噪聲占主導(dǎo)地位；高速行駛時(shí)（車速超過(guò)80 km/h），風(fēng)噪聲為主要噪聲源［4］。依據(jù)向車內(nèi)傳遞路徑的不同，風(fēng)噪聲一般分為兩種：一種是通過(guò)密封條及車身孔隙傳入車內(nèi)的“泄漏聲”［5，6］，又稱為氣吸噪聲［7，8］，是一種高速氣流聲，表現(xiàn)為“呲呲聲”，使得人耳感受極不舒服，是風(fēng)噪聲的首要控制對(duì)象［9］；另一種是車輛與空氣作用產(chǎn)生的脈動(dòng)壓力噪聲通過(guò)車身及玻璃向車內(nèi)輻射的噪聲，與車體外造型直接相關(guān)。

本文針對(duì)“泄漏聲”控制，對(duì)車門系統(tǒng)主要密封結(jié)構(gòu)及部件影響原理及性能進(jìn)行分析改進(jìn)，并通過(guò)對(duì)某款SUV車型進(jìn)行車門密封優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了后側(cè)窗風(fēng)噪聲的優(yōu)化改善。

1　車門密封影響因素及控制方法

1.1車門密封條

車門一般包括三道密封條設(shè)計(jì)：門密封條、門框密封條、輔助密封條。門密封條和門框密封條為車門主要密封結(jié)構(gòu)，用來(lái)阻擋噪聲、水及灰塵進(jìn)入駕駛室，一般車輛均設(shè)計(jì)有門密封條及門框密封條；輔助密封條又稱為第三道密封條，可進(jìn)一步對(duì)車門密封性能進(jìn)行優(yōu)化，提升車內(nèi)聲品質(zhì)，主要包含門縫密封條、車門下部密封條等，可依據(jù)車輛設(shè)計(jì)理念進(jìn)行選擇性設(shè)計(jì)。三道密封條設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1　三道密封條設(shè)計(jì)示意圖

車門密封條屬于動(dòng)態(tài)密封結(jié)構(gòu)，車輛行駛過(guò)程中，車門與車身由于自身剛度、模態(tài)等參數(shù)不同，在外部激勵(lì)下產(chǎn)生不同的位移及變形，導(dǎo)致兩者之間產(chǎn)生不斷變化的間隙，當(dāng)間隙值大于密封條壓縮量時(shí)，便會(huì)造成密封失效，產(chǎn)生泄漏噪聲。此外，車門與車身形成的外部縫隙空腔在高速氣流作用下，也會(huì)產(chǎn)生空腔共鳴噪聲。

密封條泄漏噪聲主要通過(guò)消除泄漏縫隙來(lái)控制，需確保以下兩方面工作：一是車門與車身設(shè)計(jì)間隙應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶?，在高速行駛狀態(tài)下保證密封條密封效果；再者，密封條選材、截面設(shè)計(jì)及壓縮載荷設(shè)計(jì)應(yīng)滿足動(dòng)態(tài)密封要求。空腔共鳴噪聲可通過(guò)識(shí)別噪聲產(chǎn)生部位，添加輔助密封條來(lái)進(jìn)行控制消除。

1.2玻璃呢槽及水切

玻璃呢槽按斷面形式一般分為A/B/C/D/E等種類，水切分為內(nèi)水切及外水切。玻璃呢槽及水切也屬于動(dòng)態(tài)密封結(jié)構(gòu)，車輛高速行駛過(guò)程中，氣流通過(guò)呢槽與玻璃、呢槽與導(dǎo)軌或窗框、水切與玻璃之間的縫隙連通車內(nèi)外，產(chǎn)生泄漏噪聲，尤其是呢槽不同斷面搭接過(guò)渡區(qū)域，由于存在不平整現(xiàn)象，更容易產(chǎn)生泄漏。此外，呢槽與內(nèi)水切之間的設(shè)計(jì)間隙也會(huì)成為泄漏噪聲的重要傳遞路徑。

玻璃呢槽及水切泄漏噪聲的控制，需確保以下工作：呢槽及水切選材、截面設(shè)計(jì)及壓緊力設(shè)計(jì)應(yīng)滿足動(dòng)態(tài)密封要求；呢槽與內(nèi)水切搭接部位過(guò)盈設(shè)計(jì)或添加海綿條密封，消除設(shè)計(jì)間隙。

1.3車門內(nèi)板孔洞密封

由于玻璃呢槽與外水切搭接間隙、車門排水孔、門把手無(wú)法做到完全密封，氣流總會(huì)進(jìn)入內(nèi)外板之間空腔內(nèi)，進(jìn)而通過(guò)內(nèi)板及內(nèi)飾板縫隙連通車內(nèi)外，因此車門內(nèi)板的密封非常重要。車門內(nèi)板通常會(huì)設(shè)計(jì)面積較大的減重孔以及一些定位孔、漏液孔等，一般采用粘貼PVC防水膜的方式進(jìn)行密封，車門線束在防水膜上穿孔通過(guò)。該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)必要的防水效果，但密封隔聲效果較差，可以通過(guò)在防水膜表面粘貼隔聲材料，線束與防水膜交接處設(shè)計(jì)密封圈等措施進(jìn)行改善。為了達(dá)到更好的密封隔聲效果，一些歐系車型采用了一種新型內(nèi)板密封方式——模塊化結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)以塑料板或鋁板代替防水膜，配合密封條粘接或鉚接于內(nèi)板鈑金上，線束及電器件與模塊化板件結(jié)合處設(shè)計(jì)密封膠套，形成良好的一體化密封隔聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖2所示。與防水膜設(shè)計(jì)相比，模塊化結(jié)構(gòu)密封隔聲效果得到了很大提升，但成本及工藝要求相對(duì)較高。

圖2　車門內(nèi)板模塊化結(jié)構(gòu)

1.4車門排水孔

車門排水孔作為一種功能性開(kāi)孔，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行完全密封，但可以通過(guò)縮小開(kāi)孔面積的方式減少外部氣流的進(jìn)入，降低泄漏聲的產(chǎn)生及傳遞。通過(guò)多款車型驗(yàn)證總結(jié)得出：排水孔面積與泄漏量成正比關(guān)系，如表1所示，要保證良好的車門密封效果，單門排水孔面積需控制在200 mm2以下。對(duì)于一些車型，車門排水孔需滿足涂裝漏液要求，無(wú)法減小設(shè)計(jì)面積，可通過(guò)在總裝添加開(kāi)孔膠堵的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

表1　排水孔面積與泄漏量關(guān)系

1.5門把手

門把手為運(yùn)動(dòng)開(kāi)閉件，無(wú)法確保零泄漏，是氣流連通車內(nèi)外的一個(gè)重要傳遞路徑。門把手密封可參考以下方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：1、一體式門把手設(shè)計(jì)密封效果要優(yōu)于分段開(kāi)縫式設(shè)計(jì)；2、分段開(kāi)縫式設(shè)計(jì)應(yīng)控制縫隙寬度最小化，把手閉合狀態(tài)下確保縫隙部位密封良好，無(wú)氣流出入；3、門把手與車門鈑金結(jié)合部位均設(shè)計(jì)密封墊片，墊片材質(zhì)不宜過(guò)硬；4、鎖芯轉(zhuǎn)子與裝飾罩縫隙最小化，裝飾罩開(kāi)孔最小化；5、對(duì)于密封性良好車輛，單門門把手整車氣密性貢獻(xiàn)量一般控制在1 SCFM以下。

1.6其他

車門系統(tǒng)密封控制，除以上部件外，應(yīng)確保車門鈑金涂膠狀況良好，無(wú)泄漏縫隙、孔洞。

2　改善案例分析

某款SUV車型經(jīng)相關(guān)工程師駕乘反映：100 km/h勻速工況后排乘客部位存在風(fēng)噪聲大，通話效果差現(xiàn)象。針對(duì)此問(wèn)題，從主觀評(píng)價(jià)及客觀測(cè)試兩方面進(jìn)行確認(rèn)排查。

2.1問(wèn)題確認(rèn)及目標(biāo)制定

主觀評(píng)價(jià)方面，對(duì)此問(wèn)題反復(fù)實(shí)車確認(rèn)得出：后側(cè)窗玻璃周邊區(qū)域有明顯“泄漏聲”。用膠帶及橡皮泥對(duì)密封條、呢槽、水切、呢槽與水切搭接縫隙分別進(jìn)行密封，評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。由評(píng)價(jià)結(jié)果可以得出：車內(nèi)“泄漏聲”主要傳入部位為玻璃呢槽、呢槽與內(nèi)水切間隙。

表2　 100 km/h勻速工況主觀感受

客觀測(cè)試方面，選取后排左右乘客耳旁部位作為采集點(diǎn)，對(duì)問(wèn)題車進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并與標(biāo)桿車進(jìn)行對(duì)比，如表3、表4、圖3、圖4所示。

表3　 100 km/h勻速工況左后乘客耳旁聲壓級(jí)數(shù)據(jù)

表4　 100 km/h勻速工況右后乘客耳旁聲壓級(jí)數(shù)據(jù)

由數(shù)據(jù)可以看出：?jiǎn)栴}車車內(nèi)聲壓級(jí)與語(yǔ)音清晰度均與標(biāo)桿車有明顯差距，“泄漏聲”影響頻率段較寬，在0～5 000 Hz均與標(biāo)桿車有明顯差距。

據(jù)此，我們?cè)O(shè)定整改目標(biāo)為：主觀感受“泄漏聲”消除，通話效果良好；客觀數(shù)據(jù)后排乘客耳旁噪聲聲壓級(jí)67 dB（A），語(yǔ)音清晰度70AI%。

圖3　 100 km/h勻速工況左后乘客耳旁噪聲頻譜數(shù)據(jù)

圖4　 100 km/h勻速工況右后乘客耳旁噪聲頻譜數(shù)據(jù)

2.2問(wèn)題排查及對(duì)策制定驗(yàn)證

針對(duì)“泄漏聲”主要傳遞路徑進(jìn)行排查，確認(rèn)問(wèn)題點(diǎn)。經(jīng)超聲波測(cè)漏顯示：升降玻璃及三角窗玻璃四角部位泄漏量大，如圖5所示。

圖5　車門泄漏量測(cè)試結(jié)果

通過(guò)以上分析，可確定“泄漏聲”主要有以下兩條傳遞路徑：

路徑一：車外—玻璃呢嘈上角部位—車內(nèi)。檢查玻璃呢槽結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)：升降玻璃上部?jī)山茿斷面與B、D斷面交接過(guò)渡部位呢槽高度低于主斷面呢槽高度，且表面凹凸不平，易產(chǎn)生泄漏間隙；三角窗玻璃呢槽主斷面有加筋設(shè)計(jì)，上部?jī)山遣课粺o(wú)加筋設(shè)計(jì)，存在高度差，易產(chǎn)生泄漏間隙。

路徑二：車外—呢槽與外水切間隙、門把手、排水孔、鈑金縫隙—內(nèi)外板空腔—內(nèi)板孔洞—內(nèi)板與內(nèi)飾板空腔—呢槽與內(nèi)水切間隙—車內(nèi)。對(duì)傳遞路徑部件進(jìn)行逐一排查，存在以下問(wèn)題：a呢槽與內(nèi)外水切搭接處均存在較大間隙；b內(nèi)板孔洞采用粘貼防水膜方式進(jìn)行密封，線束穿過(guò)防水膜部位存在明顯孔洞，密封隔聲效果差，如圖6所示；c門把手周圍密封不嚴(yán)，硬質(zhì)塑料墊片貼合不緊密，經(jīng)測(cè)試單門把手整車氣密性貢獻(xiàn)量為5.3 SCFM，明顯高于標(biāo)桿車≤2 SCFM水平；d單門排水孔面積大于600 mm2，經(jīng)測(cè)試單門排水孔泄漏量大于4 SCFM，高于標(biāo)桿車≤2.5 SCFM水平；e內(nèi)外板鈑金搭接處存在較大孔洞，無(wú)密封措施，如圖7所示。

針對(duì)以上傳遞路徑，分別進(jìn)行對(duì)策制定及效果驗(yàn)證。

圖6　車門防水薄膜設(shè)計(jì)

對(duì)于路徑一，提出以下兩種優(yōu)化方案，對(duì)比如表5所示：

綜合分析，采用方案二進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證：100 km/h勻速工況風(fēng)噪聲，主觀感受有明顯改善；客觀測(cè)試，后排左右乘客耳旁噪聲聲壓級(jí)分別降低1.1 dB、1 dB，語(yǔ)音清晰度分別提升9%、7%。

圖7　鈑金孔洞

圖8　呢槽密封優(yōu)化

表5　路徑一優(yōu)化方案

表6　路徑二優(yōu)化方案

對(duì)于路徑二，提出以下優(yōu)化方案，如表6所示。以上優(yōu)化方案實(shí)施后，經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證：100 km/h勻速工況風(fēng)噪聲，主觀感受有明顯改善；客觀測(cè)試，后排左右乘客耳旁噪聲聲壓級(jí)分別降低0.7 dB、0.7 dB，語(yǔ)音清晰度分別提升4.7%、4.6%。

圖9　水切密封優(yōu)化

2.3優(yōu)化目標(biāo)驗(yàn)證

將以上優(yōu)化措施在問(wèn)題車上進(jìn)行實(shí)施，經(jīng)主觀評(píng)價(jià)，100 km/h勻速工況后排乘客部位“泄漏聲”消除，通話效果明顯改善；經(jīng)客觀驗(yàn)證，后排耳旁噪聲聲壓級(jí)及語(yǔ)音清晰度均達(dá)到目標(biāo)值水平，如表7所示，經(jīng)頻譜分析，0～5 000 Hz頻段噪聲值均有明顯降低，如圖10、圖11所示。

表7　 100 km/h勻速工況后排噪聲驗(yàn)證數(shù)據(jù)

3　結(jié)語(yǔ)

對(duì)于側(cè)窗風(fēng)噪聲控制，確保車門密封性能是首要工作，從泄漏噪聲傳遞路徑入手，對(duì)相關(guān)部件密封性能逐一進(jìn)行排查優(yōu)化，可有效提升風(fēng)噪聲改善效果，其中玻璃呢槽、水切及車門內(nèi)板是密封控制關(guān)鍵部件。

泄漏噪聲控制應(yīng)從前期設(shè)計(jì)階段進(jìn)行充分風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，對(duì)相關(guān)密封部件進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)，試制車階段嚴(yán)格控制裝配間隙及涂膠效果，避免后期整改因工藝成本帶來(lái)很大限制，改善效果大打折扣。本文問(wèn)題屬于后期車型整改案例，部分整改方案無(wú)法確保最優(yōu)密封效果，導(dǎo)致優(yōu)化后性能水平與標(biāo)桿車仍存在差距。

圖10　 100 km/h勻速工況左后乘客耳旁噪聲頻譜數(shù)據(jù)

圖11　 100 km/h勻速工況右后乘客耳旁噪聲頻譜數(shù)據(jù)

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Seal Performance Control ofAutomobile Doors and Wind Noise Reduction of Vehicles

SUNFei1，2，LIANGBo1，2，LIU Jian-wei1，2，WANG Zhi-qian1，2，ZHAOQuan1，2
（1.R&D Center of Great Wall Motor Company，Baoding 071000，Hebei China；2.Automotive Engineering Technical Research Center，Baoding 071000，Hebei China）

Seal performance of automobile doors is one of the important influencing factors for vehicle's wind noise level.In this paper，the seal mechanism of main components of automobile doors was analyzed.The relevant methods for noise-leak control were presented.Taking the noise-leak problem of the rear door of a SUV automobile，the abnormal wind noise was eliminated through the seal optimization of the door.The improvement targets in both subjective evaluation and objective testing were achieved.

acoustics；wind noise；leak noise；seal；optimization

O422.6

ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1335.2015.05.017

1006-1355（2015）05-0082-05

2015－01－01

孫飛（1984－），男，山東聊城人，碩士，工程師.主要研究方向：汽車噪聲、振動(dòng)控制研究。

E-mail:sf-21@163.com