增加結(jié)構(gòu)阻尼塊對汽車關(guān)門聲品質(zhì)提升的分析

王 榮 高志雙

吉利汽車研究院(寧波)有限公司 浙江寧波 315336

1 分析背景

客戶在現(xiàn)場挑選車輛時,第一步的操作往往是開關(guān)車門,關(guān)門聲品質(zhì)會直接影響用戶對一臺車的主觀感受,包括高檔與低檔、運動感與舒適感、悅耳與沉悶等。由此,關(guān)門聲品質(zhì)越來越受到汽車制造業(yè)界的重視,研究內(nèi)容包括主觀評價、客觀衡量指標(biāo)、特定聲品質(zhì)的實現(xiàn)等[1-3]。

美國福特汽車公司采用尖銳度、響度、振顫等指標(biāo)來評價關(guān)門聲品質(zhì)。尖銳度是噪聲頻率分布的度量,反映了高頻段與低頻段聲音成分的比例關(guān)系。響度是聲音強度的度量,考慮了特征頻帶分布和人耳的掩蔽效應(yīng)對聲音的影響。振顫反映了車門關(guān)閉首次沖擊時產(chǎn)生音調(diào)的持續(xù)時間長度[4-6]。除了以上客觀評價指標(biāo)外,往往還要進行主觀評價,主觀評價從1分到10分進行評分。

關(guān)門聲品質(zhì)主觀評價評分見表1。

表1 關(guān)門聲品質(zhì)主觀評價評分

1分到4分表明關(guān)門聲品質(zhì)差,絕大多數(shù)客戶無法接受。5分、6分為過渡階段,部分客戶可接受,而另一些客戶無法接受,所以6分為及格線。7分及以上表示關(guān)門聲品質(zhì)比較好,大部分客戶都可以接受。10分表示關(guān)門聲品質(zhì)非常好,無可挑剔,人們對這種聲音有極大的滿足感[7-9]。

影響關(guān)門聲品質(zhì)的因素很多,主要包括關(guān)閉力、關(guān)閉速度、車門密封條剛度、鎖性能、鉸鏈與限位器布置及性能、鈑金件剛度、車門內(nèi)間隙、氣流場路徑等。設(shè)計初期,可以通過控制以上因素提升關(guān)門聲品質(zhì),主要措施包括四方面。第一,控制鉸鏈位置及結(jié)構(gòu)形式。鉸鏈與限位器集成一體,更加有助于減小關(guān)閉力,而減小關(guān)閉力可有效降低壓耳感。第二,提升密封條截面形狀、剛度和布置,有助于提升關(guān)門聲品質(zhì),改善關(guān)門振顫情況。第三,提升車門鈑金件的剛度。車門的模態(tài)對關(guān)門聲品質(zhì)及關(guān)門抖動問題可以起到較大影響。第四,優(yōu)化車門內(nèi)間隙,改善氣流場環(huán)境,從而提升關(guān)門聲品質(zhì)。

年款及小改款車型模具與布置基本確定,無法大范圍對車身及車門結(jié)構(gòu)進行更改。對此,通過在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾咏Y(jié)構(gòu)阻尼塊,來提升側(cè)門模態(tài)及窗框剛度,為改善關(guān)門振顫,提升關(guān)門聲品質(zhì)提供了一種新思路。筆者對此進行分析。

2 結(jié)構(gòu)阻尼塊仿真模型

以某款車型后門為例,實車感知車門在關(guān)閉過程中窗框抖動明顯。經(jīng)計算機輔助工程軟件仿真,發(fā)現(xiàn)窗框剛度較低。增加結(jié)構(gòu)阻尼塊后,窗框剛度提升明顯。隨后進行的噪聲、振動、聲振粗糙度指標(biāo)試驗結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)阻尼塊可有效抑制關(guān)門振顫,在同等關(guān)門速度下,振幅減小約20%。由此建立了車門振顫與窗框剛度的等效關(guān)系。

結(jié)構(gòu)阻尼塊由骨架、發(fā)泡膠構(gòu)成。骨架一般是塑料材質(zhì),可以設(shè)計為不同結(jié)構(gòu)形式。發(fā)泡膠膨脹后將骨架與鈑金件緊密接合,起到提升結(jié)構(gòu)剛度與強度的作用[10]。結(jié)構(gòu)阻尼塊仿真模型如圖1所示,鈑金件與膠、膠與骨架之間采用共節(jié)點或RBE3進行連接。

圖1 結(jié)構(gòu)阻尼塊仿真模型

3 車門仿真模型建立

計算機輔助工程軟件分析車門窗框剛度的模型包括白車門及鉸鏈總成,取正常關(guān)閉位置,分三種工況進行約束。

工況1為約束車身側(cè)鉸鏈安裝點SPC123456,側(cè)門鉸鏈繞鉸鏈軸自由旋轉(zhuǎn),鎖約束SPC2356,但允許繞鎖扣旋轉(zhuǎn),如圖2所示。

圖2 工況1

工況2為約束車身側(cè)鉸鏈安裝點SPC123456,側(cè)門鉸鏈繞鉸鏈軸自由旋轉(zhuǎn),鎖約束SPC2356,但允許繞鎖扣旋轉(zhuǎn),緩沖塊約束SPC2法向,如圖3所示。

圖3 工況2

工況3為約束車身側(cè)鉸鏈安裝點SPC123456,側(cè)門鉸鏈繞鉸鏈軸自由旋轉(zhuǎn),鎖約束SPC2356,但允許繞鎖扣旋轉(zhuǎn),窗框下端約束SPC123456,如圖4所示。

圖4 工況3

三種工況的加載采用同一種方法,即在窗框上均勻選取加載點,在25 mm×25 mm范圍內(nèi)用RBE2連接,分別在耦合點施加100 N力,方向指向車門外側(cè)。

測量加載點在對應(yīng)加載力方向下投射到車門外板處點的位移,則可以得到窗框剛度。窗框剛度的評價標(biāo)準(zhǔn)為工況1大于30 N/mm,工況2大于40 N/mm,工況3大于70 N/mm。

4 增加結(jié)構(gòu)阻尼塊對車門窗框剛度影響

計算機輔助工程仿真發(fā)現(xiàn),車門B、C、D、E位置窗框剛度小,不滿足設(shè)計目標(biāo)。在實車感知中,B、C、D、E區(qū)域的關(guān)門抖動明顯。分析結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),這一區(qū)域支撐不足。在適當(dāng)位置增加結(jié)構(gòu)阻尼塊,進行仿真分析,如圖5所示。

圖5 增加結(jié)構(gòu)阻尼塊位置

增加結(jié)構(gòu)阻尼塊后,車門窗框剛度明顯提升,結(jié)果見表2、表3、表4。尤其是位置1處的結(jié)構(gòu)阻尼塊,對窗框剛度的貢獻量很大。考慮到成本問題,僅增加位置1的結(jié)構(gòu)阻尼塊進行實車驗證。

表2 僅增加位置1結(jié)構(gòu)阻尼塊剛度提升結(jié)果

表3 制動力測試結(jié)果

表3 僅增加位置2結(jié)構(gòu)阻尼塊剛度提升結(jié)果

表4 增加位置1、2結(jié)構(gòu)阻尼塊剛度提升結(jié)果

5 噪聲、振動、聲振粗糙度指標(biāo)試驗驗證

試驗車輛如圖6所示。試驗車輛狀態(tài)為空調(diào)內(nèi)循環(huán),測試設(shè)備采用八通道便攜式數(shù)據(jù)采集器、關(guān)門速度傳感器和分析軟件。

圖6 試驗車輛

1.2 m/s關(guān)閉速度下,車門窗框右上角的窗框振顫曲線如圖7所示,對應(yīng)位置D,g為重力加速度。試驗結(jié)果顯示,增加結(jié)構(gòu)阻尼膠塊之后,振動幅值減小明顯。增加結(jié)構(gòu)阻尼塊前后,在1.2 m/s的關(guān)閉速度下,車內(nèi)外耳感知到的響度、聲壓級、尖銳度的變化情況依次如圖8、圖9、圖10所示。

圖7 車門窗框振顫曲線

圖8 響度變化

圖10 尖銳度變化

增加結(jié)構(gòu)阻尼塊前后,關(guān)門聲品質(zhì)變化情況對比見表5。

表5 關(guān)門聲品質(zhì)變化對比

試驗表明,增加結(jié)構(gòu)阻尼塊有效抑制了關(guān)門振顫,對關(guān)門聲品質(zhì)的其它指標(biāo)也有貢獻。

6 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)阻尼塊能有效提升車門剛度、模態(tài)、碰撞安全性能,近年來正在整車上得到廣泛使用。筆者通過計算機輔助工程軟件仿真及試驗,從兩個方面驗證了增加結(jié)構(gòu)阻尼塊對提升關(guān)門聲品質(zhì)的有效性,為汽車車門設(shè)計和優(yōu)化車門性能提供了新思路。