電動側(cè)門聲音品質(zhì)優(yōu)化方法研究

馬保林 俞克勝 劉書展 權(quán)高賽 高曉艷

摘? 要：在新四化背景下，電動側(cè)門作為智慧進出的一種解決方案，其聲音品質(zhì)是評價該系統(tǒng)性能的一種關(guān)鍵指標(biāo)。

本研究明確了電動側(cè)門聲音品質(zhì)的評價標(biāo)準(zhǔn)，在傳統(tǒng)手動側(cè)門聲音品質(zhì)基礎(chǔ)上增加了電驅(qū)動機構(gòu)產(chǎn)生的噪音，評價指標(biāo)包含：響度、尖銳度、調(diào)制度、聲壓級等。在數(shù)據(jù)設(shè)計階段，對車門進行有限元分析，通過優(yōu)化鈑金結(jié)構(gòu)或增加結(jié)構(gòu)膠等方式，為電動門聲音品質(zhì)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。其次以電機、齒輪類型及材料、潤滑脂、開關(guān)門速度、電磁阻尼系統(tǒng)以及懸停方式控制邏輯等為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為指標(biāo)進行試驗，分析結(jié)果顯示各組件對系統(tǒng)有不同程度影響。實際應(yīng)用中，需綜合考慮這些因素，以實現(xiàn)最佳的噪音控制效果，提升電動門的整體性能。

關(guān)鍵詞：電動執(zhí)行器；噪音優(yōu)化

中圖分類號：U463.82? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2024）03-0050-05

Research on Sound Quality Optimization Methods for Power Side Doors

Abstract： Under the new four modernizations， the sound quality of power side doors， as a solution for smart ingress and egress， is a kind of key index for evaluating the performance of this system.

Evaluation criteria for the sound quality of power side doors are clarified in this study， and the noise generated by the electric drive mechanism is added on the basis of the sound quality of the traditional manual side doors， and the evaluation indexes contain： loudness， sharpness， modulation， and sound pressure level. In the data design stage， finite element analysis of the door is carried out to lay the foundation for the optimization of the sound quality of the power door by means of optimizing the sheet metal structure or increasing the structural rubber. Secondly， the motor， gear type and material， grease， opening and closing door speed， electromagnetic damping system and hover mode control logic as test factors， sound pressure level， loudness， sharpness as indicators for the test， the analysis results show that each component has different degrees of influence on the system. In practical application， these factors need to be considered comprehensively to achieve the best noise control effect and enhance the overall performance of the power door.

Key Words： Power Door Actuator; Noise Optimization

前? ? 言

新四化背景下，顧客對車輛智能化的需求不斷提升，車輛從簡單的交通代步工具發(fā)展到現(xiàn)在集智能控制、網(wǎng)聯(lián)通信、共享服務(wù)一體的移動終端和第三空間。智能電動側(cè)門系統(tǒng)作為整車智能化的組成部分，為顧客提供了舒適、科技的進出體驗，其聲音品質(zhì)表現(xiàn)是影響消費者的重要因素。本文通過執(zhí)行器結(jié)構(gòu)優(yōu)化、開關(guān)門控制策略調(diào)整等措施對電動側(cè)門聲音品質(zhì)進行試驗和驗證并取得了良好效果。

1? ? 電動側(cè)門聲音品質(zhì)概況

電動門系統(tǒng)一般包含如下組件：控制模塊總成、電動執(zhí)行器總成、障礙物探測系統(tǒng)、電吸合/釋放鎖總成、車門總成、線束等。

電動開關(guān)門聲音評價主要涉及兩個方面：噪音水平和聲音質(zhì)量。

智能電動門開關(guān)門聲音品質(zhì)包含開門過程、關(guān)門過程、懸停啟動、鎖吸合回位所產(chǎn)生的噪音，與傳統(tǒng)手動門關(guān)門音品質(zhì)有相同部分也有顯著差異；傳統(tǒng)手動關(guān)門音品質(zhì)是指鎖舌與鎖扣接觸到鎖止這“一瞬間”產(chǎn)生的噪音，好的關(guān)門音品質(zhì)是聲音小、輕、沉悶、厚重、無雜音、無異響；智能電動門聲音品質(zhì)在傳統(tǒng)手動門聲音品質(zhì)基礎(chǔ)上增加了電驅(qū)動機構(gòu)產(chǎn)生的噪音，與傳統(tǒng)手動關(guān)門音顧客感受都可用心理聲學(xué)評價，評價指標(biāo)包含：響度、尖銳度、調(diào)制度、聲壓級等。好的電動門聲音品質(zhì)與傳統(tǒng)手動門聲音品質(zhì)類似，追求小、輕、低沉、無雜音、無異響、無波動。

響度：是人耳對聲音總體響亮程度的心理聲學(xué)指標(biāo)。

尖銳度：是衡量聲音中高頻成成份多少的心理聲學(xué)指標(biāo)。

調(diào)制度：是兩個不同頻率和/或不同幅值的波疊加后的效果。

聲壓級：是指聲音的強度或振動的幅度，通常用分貝（dB）來表示。

在評價開關(guān)門聲音時，目前有兩種方式，第一種可以使用專業(yè)的聲學(xué)儀器進行測量如圖2。第二種可以通過人耳進行主觀評價。一般來說，噪音水平和聲音質(zhì)量都是重要的評價指標(biāo)，需要綜合考慮。

2? ? 側(cè)門噪音的影響因素分析

2.1? ?電動執(zhí)行器

電動執(zhí)行器是電動門系統(tǒng)關(guān)鍵噪音源。執(zhí)行器通常包括驅(qū)動模塊（電機）、減速模塊、傳動模塊（推桿與絲桿、齒輪箱、減速箱）、電磁阻尼模塊、機械結(jié)構(gòu)等組成，各模塊及模塊之間的配合是否合理，影響到開關(guān)門的聲音品質(zhì)，如圖3所示，將所述幾個方面進行試驗研究。

2.2? ?系統(tǒng)控制策略

在控制策略中，影響車門運行聲音的因素主要有開關(guān)門速度、懸停方式等。

開關(guān)門速度：車門在開閉過程中的噪音和開關(guān)速度有關(guān)。通常開關(guān)門噪音與開關(guān)門速度成正比，車門快速打開或關(guān)閉時電機轉(zhuǎn)速和扭矩增加，同時噪音增加。所以，產(chǎn)品開發(fā)過程中，在滿足客戶體驗感受的前提下，應(yīng)盡可能降低車門的關(guān)閉速度。

懸停方式：車門開啟到任意位置停止，為保持車門懸停，可采用電磁阻尼吸合或者電機反向電動勢保持懸停。若采用電磁阻尼懸停，會產(chǎn)生吸合釋放音。

門鎖控制：通常電動門系統(tǒng)包含自吸合鎖，鎖自吸合時吸合電機的PWM值越高，吸合時間和回位時間越長，音品越差。

2.3? ?密封系統(tǒng)

密封系統(tǒng)：設(shè)定合理的壓載，壓縮曲線平滑無突變，減少壓縮力對壓縮量的敏感程度，同時可減小因制造誤差導(dǎo)致的密封反力變化。

2.4? ?車門模態(tài)

車門模態(tài)較低易引起低頻振動，放大聲音分貝值并產(chǎn)生雜音，合理的車門模態(tài)是聲音品質(zhì)設(shè)計不可缺少的考查因素。

3? ? 聲音品質(zhì)優(yōu)化

3.1? ?電動執(zhí)行系統(tǒng)

3.1.1 驅(qū)動系統(tǒng)（電機）

不同類型和規(guī)格的電機在運行時產(chǎn)生的噪音水平不同，一般來說，直流電機和異步電機的噪音相對較小，而同步電機的噪音相對較大。此外，電機的功率、轉(zhuǎn)速、負(fù)載等因素也會影響噪音水平。在選型過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和要求，綜合考慮電機的噪音水平和其他性能指標(biāo)，選擇合適的電機類型和規(guī)格。

表1是以不同電機為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為試驗指標(biāo)進行試驗，試驗結(jié)果表明，不同的電機會對噪音產(chǎn)生不同的影響，如果對噪音要求較高，可以選擇低噪音型電機。

3.1.2 傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)影響執(zhí)行器噪音的因素主要有齒輪的類型及材料、齒輪配合處潤滑油的使用等方面。

（1）齒輪類型：從傳動平穩(wěn)和噪聲低的角度出發(fā)，斜齒輪重合度高，嚙合綜合剛度的變化比較平緩，噪聲比直齒輪低，斜齒輪中漸開線斜齒輪噪聲最低，其次是單圓弧齒輪，雙圓弧齒輪最差；

（2）齒輪材料：一般來說，用衰減性能好的材料制造齒輪，可使噪聲降低。但衰減性能好的材料強度均不高，影響齒輪加工精度。齒輪材料對執(zhí)行器關(guān)門聲音的影響主要包括以下幾個方面：硬度、耐磨性以及精度。

硬度：齒輪材料的硬度越高，傳遞動力時產(chǎn)生的噪音就越大。因此，在選擇齒輪材料時，需要考慮到硬度和噪音之間的平衡。

耐磨性：耐磨性越好的齒輪材料，使用壽命就越長，同時也能夠減少因磨損而產(chǎn)生的噪音。

精度：齒輪材料的精度越高，傳遞動力時的誤差就越小，從而減少噪音的產(chǎn)生。

以不同的齒輪材料為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為試驗指標(biāo)進行試驗，試驗結(jié)果表明，選擇合適的齒輪材料可以有效地降低執(zhí)行器關(guān)門聲音。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況綜合考慮材料的性能和成本等因素。

（3）齒輪配合處潤滑油使用，一般來說，噪聲隨油量和油的粘度增大而變小。

以齒輪箱添加油脂為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為試驗指標(biāo)進行試驗，試驗結(jié)果得知在工藝可行的前提下，盡量增加齒輪箱油脂使用量可以適當(dāng)降低噪音。

3.1.3 機械結(jié)構(gòu)增加吸音棉

吸音棉是一種用于吸收聲音的材料，通常用于隔音、吸音和降噪等方面。吸音棉的主要作用是通過其多孔性結(jié)構(gòu)和纖維材料來吸收聲波，并將其轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能量，從而減少聲音的反射和傳播。

以吸音棉為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為試驗指標(biāo)進行試驗，通過增加吸音棉試驗得知，開門時，聲音降低0.5dB；關(guān)門時，聲音降低0.4dB；若布置空間允許，建議增加吸音棉。

3.2? ?電動執(zhí)行系統(tǒng)控制策略

3.2.1 降低車門開關(guān)門速度

降低開關(guān)車門速度可以減少電機轉(zhuǎn)速、負(fù)載和機械部件的運動沖擊力和摩擦力，從而降低噪音水平。此外，降低開關(guān)車門速度還可以減少噪音的峰值水平；但是過長的開關(guān)門時間會降低客戶的體驗。

以不同開關(guān)車門速度為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為試驗指標(biāo)進行試驗，試驗結(jié)果表明降低車門的開關(guān)門速度對車門噪音有明顯改善，在不影響客戶體驗的前提下優(yōu)化開關(guān)門速度，可降低側(cè)門噪音。

3.2.2 電磁阻尼系統(tǒng)控制

制動器電磁阻尼片在電磁阻尼盤上產(chǎn)生振動和噪音，尤其是在高速運轉(zhuǎn)時更為明顯，合理減小吸合電壓可以降低制動噪音。

吸合電壓過高，會導(dǎo)致電磁線圈產(chǎn)生的磁場強度過大，從而使執(zhí)行器的制動速度過快，產(chǎn)生較大的沖擊力和噪音。

以電壓不同大小為試驗因素，吸合噪音為試驗指標(biāo)進行試驗，試驗結(jié)果表明，吸合噪音與電壓成正比，吸合噪音隨電壓升高而升高，當(dāng)電壓為2.5V時，吸合噪音均值為34.3dB，建議采用低壓2.5V吸合。

3.2.3 懸停方式軟件控制邏輯

車輛在平坡或者一定角度下，車門由運動到懸停不采用電磁阻尼系統(tǒng)控制，僅依靠電機反轉(zhuǎn)保持車門懸停，從而避免電磁阻尼系統(tǒng)摩擦的聲音。

3. 3? ?密封系統(tǒng)優(yōu)化

在新產(chǎn)品研發(fā)初期通過理論計算以及仿真模擬，計算出系統(tǒng)密封反力，設(shè)計密封條壓載及配合截面，如圖4所示，在設(shè)計驗證階段對密封反力進行測量、驗證，并優(yōu)化至設(shè)計狀態(tài)。

3.4? ?車門模態(tài)優(yōu)化（仿真分析）

結(jié)構(gòu)設(shè)計前期需借助CAE分析方法對車門模態(tài)進行仿真分析。

以某一款車型舉例說明，如圖5所示，模態(tài)分析得出車門內(nèi)板局部模態(tài)32Hz，不滿足設(shè)計要求≥35Hz。

通過觀察應(yīng)變能密度云圖，識別出應(yīng)變能密度高的部位、即內(nèi)板中間區(qū)域要加強。內(nèi)板中間區(qū)域鈑金通過增加加強筋、調(diào)整加強筋排列方向等優(yōu)化措施之后，重新對車門內(nèi)板進行分析，車門內(nèi)部局部模態(tài)提升為40Hz，滿足≥35Hz的要求。

由于零部件與零部件之間的連接處往往是模態(tài)性能薄弱的區(qū)域，因此強化零部件之間的連接也是提升車門模態(tài)的重要途徑。

4? ? 結(jié)論

綜上所述，在數(shù)據(jù)設(shè)計階段對車門進行有限元分析，通過優(yōu)化鈑金結(jié)構(gòu)或增加結(jié)構(gòu)膠等方式滿足車門模態(tài)設(shè)計目標(biāo)，為確保電動門聲音品質(zhì)奠定基礎(chǔ)；其次在設(shè)計驗證階段，通過對電動執(zhí)行器各組件進行試驗驗證，不同電機、齒輪類型及材料、齒輪潤滑油、開關(guān)門速度、電磁阻尼系統(tǒng)、懸停方式控制邏輯均會對噪音產(chǎn)生不同的影響，最后在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況綜合考慮這些因素，以達到最佳的噪音控制效果。

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