乘用車側(cè)門(mén)關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)研究及應(yīng)用

周偉 胡宏 宋大偉 俞克勝 馬保林

摘要：隨著車輛的迅速普及，顧客對(duì)車輛的使用期望從代步工具，逐漸演變?yōu)閷?duì)造型的個(gè)性化需求及對(duì)整車各系統(tǒng)舒適性的要求。作為乘客評(píng)價(jià)整車的重要標(biāo)準(zhǔn)，車門(mén)性能是重要的整車性能之一，其中關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)又是車門(mén)的重要性能，在整車開(kāi)發(fā)過(guò)程中，關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)的開(kāi)發(fā)是重要的組成部分。

本文首先明確了聲音的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其次對(duì)影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，進(jìn)而提出了控制方法和指標(biāo)要求。最后根據(jù)相關(guān)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，車門(mén)的各項(xiàng)性能均能滿足開(kāi)發(fā)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：側(cè)門(mén);閉合速度;操作力;關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)

中圖分類號(hào)：U463.82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2019）05-0039-05

周偉

本科畢業(yè)于湖北汽車工業(yè)學(xué)院，碩士畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)工程，現(xiàn)就職于奇瑞汽車股份有限公司，任門(mén)蓋部主任師，主要研究方向?yàn)檐嚿黹T(mén)蓋系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)。已發(fā)表論文3篇，獲專利21項(xiàng)。

前言

隨著生活水平的提高，汽車的普及，人們對(duì)車輛的需求從最簡(jiǎn)單的出行，發(fā)展到對(duì)外觀、舒適、環(huán)保、安全等附加性能的需要。關(guān)門(mén)聲音作為舒適性的重要組成部分，也是顧客重點(diǎn)關(guān)注的地方，因此車門(mén)的關(guān)閉聲音已成為各大主機(jī)廠關(guān)注的焦點(diǎn)，本文結(jié)合前期對(duì)車門(mén)聲音的持續(xù)改進(jìn)，針對(duì)聲音的優(yōu)化尋求解決方案。

1 關(guān)閉過(guò)程中聲音評(píng)價(jià)

為了給顧客營(yíng)造出一種高檔豪華的感覺(jué)，對(duì)于車門(mén)關(guān)閉過(guò)程中，希望出現(xiàn)一種低沉厚重的聲音，不希望出現(xiàn)高頻的金屬撞擊聲，同時(shí)也不希望伴隨震顫、雜音及異響的出現(xiàn)。簡(jiǎn)單概括說(shuō)，好的關(guān)門(mén)聲音要涵蓋三個(gè)方面的基本特征：厚重、低沉、無(wú)雜音。

目前研究車門(mén)關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)，行業(yè)內(nèi)常用的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)有：

①聲壓級(jí)別

②峰值響度

③峰值尖銳度等

研究表明，主觀評(píng)價(jià)好的車輛關(guān)門(mén)聲有著共同的客觀特征，峰值響度和峰值尖銳度數(shù)值均較小。圖1.1為常規(guī)的關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)測(cè)量圖片，通過(guò)測(cè)量設(shè)備可以測(cè)試出不同關(guān)閉速度對(duì)應(yīng)的關(guān)門(mén)峰值響度和峰值尖銳度。

除了采用峰值響度和峰值尖銳度對(duì)關(guān)門(mén)聲進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)外，通常還需要采用時(shí)頻圖對(duì)震顫、異響等現(xiàn)象進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，主觀評(píng)價(jià)好的關(guān)門(mén)聲，其時(shí)頻圖如圖1.2所示，應(yīng)包含以下特征：

①波形簡(jiǎn)單平滑，只有一個(gè)清晰的峰，聲信號(hào)中高頻成分應(yīng)盡量少;

②初始沖擊的時(shí)間應(yīng)保持在一定時(shí)間范圍內(nèi)，約0.1s左右;

③低頻段的聲信號(hào)應(yīng)該持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，約0.4～0.5s左右;

關(guān)門(mén)品質(zhì)很差的時(shí)頻圖如圖1.3所示：①波形復(fù)雜，有多個(gè)高頻的峰;②時(shí)頻圖中除掉最大峰值之外還會(huì)有較多相對(duì)小一些的峰值，諧波的聲音往往帶有雜音，比如拖沓的聲音或是金屬嘯聲。

結(jié)合近幾年的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出在關(guān)門(mén)過(guò)程中，好的聲音評(píng)價(jià)包含以下因素：

①關(guān)門(mén)過(guò)程中是一種低沉的感受，即需要低頻的聲音，不能出現(xiàn)高頻刺耳的聲音;

②沒(méi)有哐眶的門(mén)外板的共振聲，以及零件之間間隙不夠出現(xiàn)零件相互碰撞而產(chǎn)生的“咔噠咔噠”的聲音;

③門(mén)鎖嚙合過(guò)程中，不出現(xiàn)鎖扣和鎖體之間以及鎖體中自身部件轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的金屬部件之間的沖擊噪音;

④關(guān)閉過(guò)程中只出現(xiàn)一次撞擊聲音，不會(huì)出現(xiàn)多次撞擊聲;

⑤關(guān)閉后沒(méi)有導(dǎo)軌等附件的震顫聲，以及一些緊固件或者卡扣關(guān)閉過(guò)程中出現(xiàn)的“嘩啦嘩啦”的聲音;

⑥四個(gè)門(mén)具有相同的聲音品質(zhì)。

2 聲音品質(zhì)影響因素分析

2.1 最小關(guān)門(mén)速度

車門(mén)關(guān)閉過(guò)程中的聲音品質(zhì)和車門(mén)的最小關(guān)閉速度有關(guān)。通常情況下，車門(mén)最小關(guān)閉速度越大，關(guān)門(mén)過(guò)程中出現(xiàn)的噪音等級(jí)越高，其原因機(jī)理為聲音是通過(guò)振動(dòng)而產(chǎn)生，可以通過(guò)降低振動(dòng)速度而實(shí)現(xiàn)降低輻射聲壓級(jí)別，車門(mén)關(guān)閉速度越小，則車門(mén)內(nèi)部部件振動(dòng)速度也會(huì)隨之變小，從而實(shí)現(xiàn)降低輻射聲壓級(jí)別。

同時(shí)在關(guān)閉過(guò)程中，關(guān)閉聲音的頻率分布也和關(guān)門(mén)速度有關(guān)，由于關(guān)門(mén)過(guò)程中是一個(gè)脈沖激勵(lì)過(guò)程，當(dāng)關(guān)門(mén)速度越大，一些高頻零部件會(huì)被激發(fā)振動(dòng)，從而發(fā)出一些高頻的聲音，為了規(guī)避這些聲音的出現(xiàn)，所以在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，盡可能的降低車門(mén)的最小關(guān)閉速度。

2.2 車門(mén)模態(tài)

當(dāng)車門(mén)鈑金的自身模態(tài)和門(mén)外板局部模態(tài)偏小時(shí)，在關(guān)門(mén)過(guò)程中易出現(xiàn)鈑金共振。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)初期，要對(duì)車門(mén)模態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的定義，按行業(yè)內(nèi)常規(guī)做法，通常設(shè)定車門(mén)總成模態(tài)，考慮到車門(mén)自身模態(tài)與怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率不能重疊，以免發(fā)生共振，以及車門(mén)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模態(tài)值很難做大，此參數(shù)通常≥28Hz。以及防止大力關(guān)門(mén)過(guò)程中出現(xiàn)局部共振，內(nèi)外板的局部模態(tài)也要重點(diǎn)關(guān)注，同時(shí)內(nèi)板要避開(kāi)車門(mén)上使用揚(yáng)聲器的低音頻率。

2.3 鎖系統(tǒng)聲音品質(zhì)

如果鎖系統(tǒng)自身聲音品質(zhì)不良，在車門(mén)關(guān)閉過(guò)程中容易出現(xiàn)鎖扣與鎖體之間以及鎖體中自身部件轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的金屬?zèng)_擊噪音。

2.4 鎖扣動(dòng)剛度

鎖和鎖扣安裝面要具備足夠的剛性，特別是側(cè)圍鎖扣安裝面在Y方向要有足夠的動(dòng)剛度，剛度不足時(shí)，在關(guān)門(mén)過(guò)程中容易發(fā)生共振異響，在車門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中易在骨架處形成空腔，將開(kāi)啟聲音放大。

2.5 車門(mén)的裝配調(diào)整

保證車門(mén)要有一個(gè)好狀態(tài)的裝配調(diào)整，避免因裝配或者調(diào)整不良，造成關(guān)閉及開(kāi)啟過(guò)程中不順暢，以及在關(guān)閉過(guò)程中多次出現(xiàn)鎖體和鎖扣之間的撞擊聲音。

2.6 車門(mén)附件安裝牢固度

車門(mén)上的附件，例如玻璃導(dǎo)軌的安裝緊固件或者安裝螺栓選擇不當(dāng)，在使用過(guò)程中容易發(fā)生松動(dòng)和引起關(guān)門(mén)震響。

2.7 安裝附件到鈑金的距離

車門(mén)上的安裝附件在非緊固的部位到車門(mén)鈑金的距離要合理，由于在關(guān)門(mén)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)，當(dāng)部件之間的間隙偏小時(shí)會(huì)出現(xiàn)部件之間的相互撞擊，進(jìn)而導(dǎo)致異響。

2.8 密封緩沖系統(tǒng)

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，根據(jù)確認(rèn)的BP配合截面尺寸以及零部件通用化的相關(guān)要求，合理設(shè)定車門(mén)周邊各處密封條的配合截面，確認(rèn)合理的壓載及合理的壓縮量。

3 聲音品質(zhì)開(kāi)發(fā)方法

為了獲得一個(gè)好的關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)，主要的噪音控制手段，主要涵蓋以下多個(gè)方面，現(xiàn)針對(duì)各方面進(jìn)行逐一闡述。

3.1 降低車門(mén)最小關(guān)閉速度

結(jié)合競(jìng)品實(shí)車最小關(guān)門(mén)速度測(cè)量結(jié)果，如表3.1所示，以及公司模塊內(nèi)專業(yè)小組主觀評(píng)價(jià)，得出最小關(guān)門(mén)速度越小，顧客在關(guān)門(mén)過(guò)程中就會(huì)降低關(guān)門(mén)力，這樣可以有效的規(guī)避大力關(guān)門(mén)過(guò)程中出現(xiàn)的最大尖銳度和最大響度，同時(shí)考慮到制造的難易程度，關(guān)門(mén)目標(biāo)速度越小，整車達(dá)成難度越大，綜合考慮通常將車門(mén)最小關(guān)閉速度設(shè)定為1.2m/s。

降低最小關(guān)門(mén)速度的方法是優(yōu)化各部件在關(guān)門(mén)過(guò)程中的能量消耗，如限位器消耗能量、上鎖能量、密封條能量等。

3.2 提高車門(mén)整體的模態(tài)

通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，保證車門(mén)自身的自由模態(tài)及局部模態(tài)滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

外板的局部模態(tài)可通過(guò)造型增加相應(yīng)特征或后期貼增強(qiáng)墊來(lái)實(shí)現(xiàn)，在防撞板與外板間涂隔振膠也可進(jìn)一步提升門(mén)總成的整體剛性。同時(shí)車門(mén)內(nèi)板要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，合理的布置加強(qiáng)筋和加強(qiáng)梁，提高內(nèi)板的剛度及局部模態(tài)，如圖3.1所示?？蚣艿木唧w要求：①窗臺(tái)處的結(jié)構(gòu)要有效的延伸到下面（如圖3.1的1、2點(diǎn)位所示）;②內(nèi)板上的各安裝點(diǎn)，盡可能竄成大面，安裝點(diǎn)周邊型面要在Y方向做出臺(tái)階差，臺(tái)階差盡量大，形成有效的支撐梁結(jié)構(gòu)，空間可行的話盡量為幾字型梁（如圖3.1的1、2、3、4、5、6點(diǎn)位所示）：

3.3 選用聲音品質(zhì)優(yōu)秀的鎖系統(tǒng)

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鎖自身聲音品質(zhì)的提升對(duì)門(mén)總成系統(tǒng)的聲音品質(zhì)改善明顯。如表3.2所示，為不同鎖的聲音測(cè)試結(jié)果對(duì)比，可以看出：不管從關(guān)門(mén)還是開(kāi)門(mén)聲音品質(zhì)來(lái)看，某車型采用的鎖均優(yōu)于競(jìng)品。

3.4 提升側(cè)圍鎖扣安裝點(diǎn)動(dòng)剛度

為了提升側(cè)圍鎖扣安裝點(diǎn)處動(dòng)剛度，主要方案為優(yōu)化鎖扣加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量使鎖扣加強(qiáng)板與輪罩、C柱加強(qiáng)板及側(cè)圍外板間都形成聯(lián)接，無(wú)法焊接區(qū)域可通過(guò)使用結(jié)構(gòu)膠實(shí)現(xiàn)，增加鎖扣加強(qiáng)板料厚也可對(duì)動(dòng)剛度有一定提升。

3.5 良好的車門(mén)裝配調(diào)整

通俗的說(shuō)，就是保證車門(mén)在關(guān)閉過(guò)程中鎖扣與鎖正常嚙合。從上鎖力測(cè)試臺(tái)架的實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看：當(dāng)鎖扣繞整車坐標(biāo)X軸或Y軸在士30范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)后，此時(shí)的上鎖力值相對(duì)理論位置上鎖力值增加或減少在10%以內(nèi);當(dāng)鎖扣在整車坐標(biāo)Z軸士2mm偏移后，此時(shí)的上鎖力值相對(duì)理論位置上鎖力增加明顯，通常在10%以上。當(dāng)上述鎖扣旋轉(zhuǎn)或偏移出現(xiàn)在整車上時(shí)，關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)明顯變差，金屬撞擊聲明顯增加。如圖3.2所示鎖力值測(cè)試示意圖，如表3.3所示為具體測(cè)試力值對(duì)比表。

3.6 車門(mén)附件安裝牢固度

例如玻璃導(dǎo)軌的安裝緊固件或者安裝螺栓選擇不當(dāng)、安裝力矩定義不合理，在使用過(guò)程中發(fā)生松動(dòng)會(huì)引起關(guān)門(mén)震響。

3.7安裝附件到鈑金的距離

各個(gè)零部件之間的距離，可以根據(jù)具體的間隙布置BP（Best Practice）進(jìn)行合理設(shè)定。若設(shè)定不當(dāng)，在關(guān)閉過(guò)程中出現(xiàn)了零部間件的干涉，則“咔噠咔噠”的聲音將很難避免。

3.8 密封緩沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

密封條壓載設(shè)定不合理會(huì)引起關(guān)門(mén)能量消耗過(guò)大、車門(mén)最小關(guān)閉速度提升及較高的峰值響度。通過(guò)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，當(dāng)密封條采用高壓載/小干涉量比采用低壓載Z大干涉量時(shí)消耗的能量更低。

4 聲音品質(zhì)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證

4.1 數(shù)字化設(shè)計(jì)驗(yàn)證

在設(shè)計(jì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)凍結(jié)之前，需對(duì)聲音品質(zhì)的各影響因素進(jìn)行逐一確認(rèn)，評(píng)估各設(shè)計(jì)狀態(tài)是否滿足要求。在這個(gè)評(píng)價(jià)過(guò)程中需要借助CAE分析方法對(duì)車門(mén)的模態(tài)進(jìn)行分析、對(duì)側(cè)圍骨架上的鎖扣安裝點(diǎn)動(dòng)剛度進(jìn)行分析、同時(shí)對(duì)整車的NVHA行分析，當(dāng)這些虛擬分析值同時(shí)滿足要求時(shí)，才具備發(fā)放條件，否則需做相應(yīng)的改進(jìn)，待滿足要求后再啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)放。

例如某車型車門(mén)模態(tài)的分析如圖4.1：

通過(guò)分析可知，該車型的具體模態(tài)如下：一階模態(tài)32.6，模態(tài)振型為上窗框橫向擺動(dòng);二階模態(tài)45.5，模態(tài)振型為一階扭轉(zhuǎn);三階模態(tài)56.1，模態(tài)振型為內(nèi)板局部振動(dòng);四階模態(tài)57.2，模態(tài)振型為外板局部振動(dòng)+窗框上部扭動(dòng);五階模態(tài)62.9，模態(tài)振型為外板局部振動(dòng);六階模態(tài)66.6，模態(tài)振型為內(nèi)外板局部振動(dòng)+窗框上部擺動(dòng)?？梢钥闯觯很嚿砟B(tài)滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)值，同時(shí)滿足局部模態(tài)目標(biāo)，防止大力關(guān)門(mén)時(shí)出現(xiàn)局部共振。

4.2 實(shí)物樣車驗(yàn)證

針對(duì)實(shí)物樣車驗(yàn)證創(chuàng)建了三種評(píng)價(jià)方式，分別為主觀感受評(píng)價(jià)、客觀測(cè)量評(píng)價(jià)以及系統(tǒng)耐久驗(yàn)證評(píng)價(jià)。

主觀感受評(píng)價(jià)至少需要3-5名有經(jīng)驗(yàn)工程師，對(duì)車門(mén)采用最小關(guān)門(mén)速度至2m/s的速度關(guān)門(mén)，采用5分制的評(píng)價(jià)表格，對(duì)實(shí)車及競(jìng)品車型進(jìn)行評(píng)價(jià)打分。

客觀測(cè)量評(píng)價(jià)是在靜音室內(nèi)通過(guò)儀器，詳細(xì)測(cè)量關(guān)門(mén)過(guò)程中的聲壓級(jí)、響度和尖銳度。例如表4.1 為某車型在客觀測(cè)量過(guò)程中的響度和尖銳度。

通過(guò)和競(jìng)品車型的主觀感受評(píng)價(jià)及客觀測(cè)量評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)此車型測(cè)量值基本達(dá)到前期的目標(biāo)設(shè)定，即該車的實(shí)際表現(xiàn)滿足性能開(kāi)發(fā)要求。

5 結(jié)論

對(duì)關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)開(kāi)發(fā)方法進(jìn)行了較詳細(xì)闡述分析。首先，簡(jiǎn)要介紹了關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)的概念。其次，對(duì)各影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。再次，介紹了關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的技術(shù)方法。最后，通過(guò)數(shù)字化驗(yàn)證和實(shí)物樣車驗(yàn)證來(lái)檢驗(yàn)此套開(kāi)發(fā)方法的有效性和準(zhǔn)確性，通過(guò)實(shí)車驗(yàn)證表明此套開(kāi)發(fā)方法具有較高的準(zhǔn)確性。

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