汽車門洞密封條風(fēng)噪性能研究

熊輝，李磊，周偉

摘? 要：當(dāng)汽車在高速路面上行駛時汽車會受到風(fēng)壓的影響，尤其是在汽車側(cè)面的車門區(qū)域，空氣的負(fù)壓力會讓車門開閉件及密封條產(chǎn)生一定的變形，造成路面噪聲及風(fēng)噪聲泄露到駕駛艙內(nèi)，對乘客產(chǎn)生干擾并感覺到不舒適。研究開閉件密封條結(jié)構(gòu)及風(fēng)壓的影響，針對性的改進(jìn)密封條的結(jié)構(gòu)減少乘客艙內(nèi)的風(fēng)噪聲，對整車的NVH性能提升至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：風(fēng)噪；門洞密封條；NVH

中圖分類號：U467.4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2023）03-0048-04

Research on Wind Noise Performance of Automotive

Door Sealing Strip

Xiong Hui， Li Lei， Zhou Wei

（Chery Automobile Co.， Ltd， WuHu 241000， China）

Abstract： When driving on high-speed roads， the car will be affected by wind pressure， especially in the door area on the side of the car. The negative air pressure will cause certain deformation of the door opening and closing components and sealing strip. Road noise and wind noise leak into the cockpit， causing interference and discomfort to passengers.Studying the structure of the sealing strip of the opening and closing components and the impact of wind pressure， improving the structure of the sealing strip to reduce wind noise in the passenger compartment is crucial for improving the NVH performance of the entire vehicle.

Key Words： Wind noise; Door Sealing strip; NVH

1? ? 前言

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和提升，消費(fèi)者對汽車的需求不再是簡單的能開和好看，消費(fèi)者把汽車變成一個移動的家。當(dāng)用戶在購車的時候，更加注重車身乘坐空間及乘坐的舒適性，安靜和舒適的駕乘環(huán)境也成為消費(fèi)者判斷車輛好壞的關(guān)鍵因素。當(dāng)車輛行駛時車內(nèi)噪聲隨著車速的增加逐步增大。車內(nèi)噪音主要由動力總成的噪音、路噪和風(fēng)噪等組成，在不同車速下其對車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)值也不一樣。怠速和低速行駛時，燃油車的車內(nèi)噪聲主要由動力總成和傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)噪聲為主，對于新能源車此時無發(fā)動機(jī)遮蔽路噪會凸顯。車輛中高速行駛時，輪胎與路面的噪聲是主要的噪聲源。當(dāng)車輛行駛超過70-80km/h時，空氣與車身之間的摩擦形成的風(fēng)噪聲成了主要噪聲源[1]。針對汽車的噪聲各大主機(jī)廠都作為重點(diǎn)研究課題。對汽車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，分析其噪聲源及傳遞路徑，通過優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)和提升結(jié)構(gòu)模態(tài)來隔斷或降低噪聲的傳遞，可以有效的提升乘員艙的舒適性。

2? ? 車身密封結(jié)構(gòu)及常見風(fēng)噪問題

車身的密封系統(tǒng)主要是指車門開閉件與車身骨架本體之間的多個密封零件，主要包含門洞密封條、車門門框密封條、車門玻璃呢槽、車門外擋水條、車門內(nèi)擋水條、車門下部密封條、車門外邊緣密封條等。密封系統(tǒng)主要作用是填充車門等開閉件與車身之間的縫隙，主要保護(hù)車門開關(guān)、玻璃升降等運(yùn)動零件與車身骨架及車門的密封，阻擋車輛外部雨水、污濁灰塵空氣、車外環(huán)境噪聲、車輛行駛中車門及玻璃的震動等傳遞到成員艙內(nèi)。車門密封系統(tǒng)如圖1和圖2所示。

車門密封系統(tǒng)最主要的是斷面設(shè)計，一種好的斷面結(jié)構(gòu)可以起到很好的密封效果。密封系統(tǒng)的材料主要為EPDM和鋼骨架，一般采用一起擠出工藝成型。其中密封條的材料、厚度、壓縮剛性、壓縮負(fù)荷的設(shè)計也很關(guān)鍵。密封系統(tǒng)的主要的工作原理是通過密封條在車門關(guān)閉后產(chǎn)生密封條壓縮變形，變形后的密封條附著在車門和車身之間的縫隙實(shí)現(xiàn)密封。不合理的密封條結(jié)構(gòu)設(shè)計會造成密封失效、漏水、漏聲、產(chǎn)生噪聲、緊固不良和塌陷等問題。

在汽車開發(fā)和實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)常會遇到風(fēng)噪問題。汽車高速行駛的時候，快速流動的風(fēng)與車身表面如后視鏡、A柱、外把手、輪轂等撞擊和摩擦以及在某些凹陷處產(chǎn)生氣旋從而產(chǎn)生風(fēng)噪聲。這些風(fēng)噪聲透過車門及密封條進(jìn)入到車內(nèi)。車輛速度越大風(fēng)噪音就越大。同時風(fēng)噪聲與車身的薄鋼板產(chǎn)生激勵和震動并通過車身骨架傳遞到車身內(nèi)部。目前主要的風(fēng)噪聲主要如下：

（1）風(fēng)噪斯斯聲，一般是由風(fēng)擋玻璃、車門及側(cè)窗密封狀態(tài)不良而產(chǎn)生；

（2）風(fēng)噪哨聲，一般是由于車身縫隙尺寸問題而產(chǎn)生或者后視鏡、天線等表面結(jié)構(gòu)件外形設(shè)計不合理而產(chǎn)生[2]；

本文主要研究門洞密封條的結(jié)構(gòu)設(shè)計對風(fēng)噪聲的影響，通過優(yōu)化密封條的結(jié)構(gòu)、材料、截面等關(guān)鍵參數(shù)改善風(fēng)噪聲通過密封系統(tǒng)滲入到乘員艙，減少風(fēng)噪聲對駕乘人員的影響，提升整體舒適性。

3? ? 門洞密封條風(fēng)噪問題實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)車的薄板震動也會傳導(dǎo)風(fēng)噪聲，用實(shí)車研究密封條對風(fēng)噪聲的影響容易受到干擾。用整車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證風(fēng)噪聲是最直接有效的方法，但運(yùn)用風(fēng)洞試驗(yàn)研究密封系統(tǒng)的開發(fā)性細(xì)節(jié)方案不僅周期長而且成本高。本次研究建立了一個標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，選用了車身門洞密封條進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工裝的實(shí)驗(yàn)研究。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)工裝見圖3所示。

用一塊較厚的鋼板代替車門，一塊較厚的鋼板代替車身。代替車身的鋼板設(shè)計出安裝槽用來安裝車身門洞密封條，代替車身的鋼板頭部加工出密封面用來模擬真實(shí)的車門和車身的密封間隙和壓縮面。簡化了的實(shí)驗(yàn)工裝很好的去除了車身和車門的鈑金及其他附件對實(shí)驗(yàn)的影響。中間兩塊鋼板對接處按照實(shí)車的密封縫隙及密封條安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計和加工。

然后把實(shí)驗(yàn)工裝安裝在實(shí)驗(yàn)室中間位置，除了實(shí)驗(yàn)工裝處在兩個實(shí)驗(yàn)室中間外，其他的區(qū)域全部密封隔離如圖4所示。在混響室中放入混響聲源和傳感器，在消聲室中放入聲強(qiáng)探頭。

通過混響室內(nèi)傳聲器測試聲源聲強(qiáng)SI0，通過消聲室內(nèi)聲強(qiáng)探頭測量受聲側(cè)聲強(qiáng)SI1，聲強(qiáng)傳遞損失公式（1）求出。

SIL=SI0-SI1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

實(shí)驗(yàn)用500Hz～5000Hz頻段進(jìn)行測試，試驗(yàn)前樣件按照20±5℃保溫處理24h達(dá)到環(huán)境條件的平衡。

通過車身門洞密封條的斷面研究可知，車身門洞密封條的設(shè)計變量有泡管形狀、壓縮量、壓載負(fù)荷、材料的密度、材料的厚度、涂層、排氣孔等。針對多種變量采用DOE交叉實(shí)驗(yàn)，通過隔音量測試結(jié)果分析和研究主要影響因子。

用圖3和圖4所示的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用公式（1）對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，車身門洞密封條的泡管壁厚對隔音量的影響如圖5所示，在3150Hz處最大影響量9.5 dB。

車身門洞密封條的壓縮量對隔音量的影響如圖6所示，在3200Hz處影響量6.3dB。

車身門洞密封條的排氣孔對隔音量的影響如圖7所示，在3500Hz處影響量5.3Hz。

限于篇幅其他試驗(yàn)詳細(xì)結(jié)果不做展示，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總和分析后可知，對隔音量影響最大的是密封條泡管形狀，其次分別是泡管厚度、壓縮量、排氣孔、涂層和壓載，詳細(xì)如表1所示。

4? ? 車門密封系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果對車身門洞密封條優(yōu)化設(shè)計泡管形狀，在面向車外的根部增加了料厚，將車門側(cè)密封條唇邊根部材料由發(fā)泡膠更改為密實(shí)膠，提高壓縮負(fù)荷，唇邊接口增加凸起筋條為解決前門風(fēng)噪嘯叫[3]。在面向車內(nèi)的部位料厚適當(dāng)?shù)淖儽?，以此來中和料厚增加帶來的密封條壓載的增加[4-5]。

其次優(yōu)化了泡管的排氣孔，減少車身門洞密封條的排氣孔數(shù)量5個，僅在視覺及風(fēng)噪相對不敏感區(qū)開孔。整體優(yōu)化后的截面如圖8所示。針對優(yōu)化的斷面進(jìn)行CAE分析，確保壓縮載荷不能明顯的增加，避免產(chǎn)生車門閉合力增加帶來車門不好關(guān)的問題。

通過試驗(yàn)分析可知，優(yōu)化后隔音量在2500Hz段優(yōu)化了5.1dB，隔音量平均提升4.1dB，基本滿足了目標(biāo)曲線。然后根據(jù)新的斷面做了實(shí)物樣件，并在道路實(shí)驗(yàn)場進(jìn)行80-120km/h的道路風(fēng)噪測試和主觀評價，經(jīng)過五組車輛和人員組合驗(yàn)證，方案優(yōu)化和改善了原車的風(fēng)噪問題。

5? ? 結(jié)論

本文設(shè)計并建立了一個標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)，通過一套實(shí)驗(yàn)工裝在NVH實(shí)驗(yàn)室中開展門洞密封條各設(shè)計因子與風(fēng)噪聲的研究，得出如下結(jié)論：

（1）門洞密封條對隔音量影響最大的是泡管形狀，其次是泡管厚度、壓縮量、排氣孔、涂層和壓載。其他密封系統(tǒng)同類零件可以參考文中的設(shè)計方案作出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

（2）通過文中建立的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行密封系統(tǒng)風(fēng)噪性能研究，可以在設(shè)計前期交叉開展實(shí)驗(yàn)研究，有效節(jié)省密封系統(tǒng)后期風(fēng)洞試驗(yàn)、模具開發(fā)、設(shè)計變更等開發(fā)費(fèi)用和開發(fā)周期。本文的NVH風(fēng)噪聲改進(jìn)案例對整車NVH風(fēng)噪性能提升也提供了很好的案例參考。

參考文獻(xiàn)：

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[5]孫飛，梁波，劉建偉等.汽車車門密封性能控制與風(fēng)噪聲改善[J].噪聲與振動控制. 2015，35（05）.

熊? ?輝

畢業(yè)于大連理工大學(xué)，車輛工程專業(yè)，碩士學(xué)歷，現(xiàn)就職于奇瑞汽車股份有限公司，任車身開發(fā)主任工程師，工程師職稱。目前研究方向：車身安全、NVH、密封性能等內(nèi)容，已發(fā)表文章《雙門轎車車身結(jié)構(gòu)的乘員保護(hù)》《SUV白車身扭轉(zhuǎn)剛度的分析與優(yōu)化》《行人保護(hù)發(fā)動機(jī)蓋鉸鏈研究》《轎車側(cè)門關(guān)閉NVH性能分析》等。

專家推薦語

康潤程

國家汽車質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心（襄陽）

NVH專業(yè)副總師? 研究員級高級工程師

本文針對汽車產(chǎn)生風(fēng)噪原因進(jìn)行了理論分析，指出在汽車側(cè)面的車門區(qū)域，空氣的負(fù)壓力會讓車門開閉件及密封系統(tǒng)產(chǎn)生一定的變形，造成路面噪聲及風(fēng)噪聲泄露到駕駛艙內(nèi)，對乘客產(chǎn)生干擾并感覺到不舒適。進(jìn)行了開閉件的密封條的結(jié)構(gòu)及風(fēng)壓的影響研究，針對門洞密封條開展了試驗(yàn)研究，得到了影響密封條密封性能的結(jié)構(gòu)排序，并指導(dǎo)密封條設(shè)計，開展試驗(yàn)驗(yàn)證其有效。

全文結(jié)構(gòu)完整，論點(diǎn)明確、理論較嚴(yán)謹(jǐn)、論據(jù)充分、邏輯性較強(qiáng)、可讀性強(qiáng)，有一定的實(shí)際應(yīng)用價值。