乘用車關(guān)門聲品質(zhì)正向設(shè)計(jì)開發(fā)研究

【摘要】為提升用戶關(guān)門操作使用體驗(yàn)，對(duì)某款純電動(dòng)汽車關(guān)門聲品質(zhì)進(jìn)行了正向設(shè)計(jì)開發(fā)。在產(chǎn)品定義階段，結(jié)合既有車型關(guān)門聲品質(zhì)數(shù)據(jù)和對(duì)標(biāo)車型的測(cè)試分析，設(shè)定關(guān)門聲品質(zhì)的主、客觀評(píng)價(jià)目標(biāo)，梳理影響關(guān)門聲品質(zhì)的主要因素。在試制階段，運(yùn)用NVH聲音檢測(cè)設(shè)備測(cè)試聲品質(zhì)參數(shù)，并模擬用戶實(shí)際使用體驗(yàn)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。針對(duì)試制階段聲品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果存在的問(wèn)題，通過(guò)增大車門洞密封條密封反力、控制車門密封間隙、優(yōu)化車門鎖、增大車門玻璃夾持力等措施改善關(guān)門聲品質(zhì)，主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果表明，該車型關(guān)門聲品質(zhì)達(dá)到產(chǎn)品定義目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：關(guān)門聲品質(zhì) 最小關(guān)門速度 靜態(tài)關(guān)閉力 聲壓級(jí) 響度

中圖分類號(hào)：U463.8" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" "DOI： 10.20104/j.cnki.1674-6546.20240190

Research on Top-Down Design and Development for Sound Quality

of Passenger Car Door Closing

Lin Xianghui1， Shu Xiaojun1， Ji Liang1， Mao Guangjun2， Kim Sun Gho1

（1. Polar Krypton Automobile （Ningbo Hangzhou Bay New Area） Co.， Ltd.， Ningbo 315336; 2. Geely Automobile Research Institute （Ningbo） Co.， Ltd.， Ningbo 315336）

【Abstract】In order to improve customer’s door closing experience， top-down design and development of the sound quality of an electric vehicle’s door closing are carried out. In the product design phase， target values about subjective and objective evaluation for door closing sound quality are set according to door closing sound quality data of the existing vehicle model and test analysis of the benchmarked model， the main parameters affecting the sound quality of door closing are summarized. In the prototyping stage， NVH sound detection equipment is deployed to test sound quality parameters and simulate user experience for subjective evaluation. For the problems revealed in the sound quality evaluation results in the prototyping stage， sound quality has been improved by adopting the following measures： increasing seal reaction force in the door seal strip， controlling door seal gap， optimizing door lock and increasing door window holding force， etc. Subjective and objective evaluation results show that door closing quality of this model has achieved the product definition objective.

Key words： Door closing sound quality， Minimum closing speed， Static closing force， Sound pressure level， Loudness

【引用格式】 林祥輝， 舒曉俊， 姬亮， 等. 乘用車關(guān)門聲品質(zhì)正向設(shè)計(jì)開發(fā)研究[J]. 汽車工程師， 2025（1）： 43-48.

LIN X H， SHU X J， JI L， et al. Research on Top-Down Design and Development for Sound Quality of Passenger Car Door Closing[J]. Automotive Engineer， 2025（1）： 43-48.

1 前言

汽車關(guān)門聲品質(zhì)直接影響用戶使用體驗(yàn)，國(guó)內(nèi)外整車制造商、高校等圍繞關(guān)門聲品質(zhì)的影響因素、預(yù)測(cè)模型及評(píng)價(jià)方法等進(jìn)行了廣泛研究[1]，但對(duì)于整車研發(fā)過(guò)程中聲品質(zhì)正向設(shè)計(jì)開發(fā)的研究較少。

本文針對(duì)某款純電動(dòng)汽車開展關(guān)門聲品質(zhì)正向設(shè)計(jì)開發(fā)。在車型產(chǎn)品定義階段，通過(guò)測(cè)試分析對(duì)標(biāo)車型關(guān)門聲品質(zhì)的數(shù)據(jù)，并對(duì)比本企業(yè)既有相關(guān)數(shù)據(jù)，設(shè)定關(guān)門聲品質(zhì)目標(biāo)。同時(shí)，結(jié)合理論分析及開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，梳理關(guān)門聲品質(zhì)的影響因素[2-3]。在車型開發(fā)階段，運(yùn)用主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)試相結(jié)合的方法對(duì)聲品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)[4]，并針對(duì)聲品質(zhì)優(yōu)化提出改進(jìn)措施，以期為用戶提供舒適、悅耳、有品質(zhì)感的使用體驗(yàn)[5]。

2 關(guān)門聲品質(zhì)主客觀目標(biāo)設(shè)定

在開發(fā)初期，根據(jù)車型的市場(chǎng)定義，選擇在售車型中同等價(jià)位區(qū)間或者高一級(jí)別價(jià)位區(qū)間的一款或多款車型進(jìn)行關(guān)門聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)試，結(jié)合已有聲品質(zhì)樣本數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮后設(shè)定關(guān)門聲品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)目標(biāo)，如表1所示。

關(guān)門聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)反映用戶的使用體驗(yàn)，需進(jìn)行客觀量化，轉(zhuǎn)換為工程設(shè)計(jì)參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)并結(jié)合已有量產(chǎn)車型開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，本文設(shè)定的聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：聲壓級(jí)、主沖擊時(shí)間、低頻延續(xù)時(shí)間、聲音響度、聲音尖銳度、最小關(guān)門速度、靜態(tài)關(guān)閉力[6-9]。關(guān)門聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)及本文車型的目標(biāo)設(shè)定分別如圖1、表2所示。

3 關(guān)門聲品質(zhì)主要影響因素

手動(dòng)開關(guān)車門過(guò)程中，聲振現(xiàn)象復(fù)雜，具有時(shí)間短、頻率范圍寬的特點(diǎn)，是一種非線性、耦合性強(qiáng)的瞬態(tài)沖擊振動(dòng)和噪聲[10-11]。關(guān)門聲品質(zhì)的影響因素包括車門模態(tài)、車門附件及鎖扣安裝點(diǎn)動(dòng)靜態(tài)剛度、車門鎖聲品質(zhì)等。在這些因素都符合企業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，關(guān)門力度對(duì)關(guān)門聲品質(zhì)影響很大[12]，通常要實(shí)現(xiàn)關(guān)門，施加在車門上的關(guān)門能量必須大于相應(yīng)車門系統(tǒng)的最小關(guān)門能量，而最小關(guān)門能量與最小關(guān)門速度和靜態(tài)關(guān)閉力有關(guān)（依據(jù)能量守恒定律，多余的關(guān)門能量以摩擦生熱、振動(dòng)和聲音的形式釋放），因此，本文主要圍繞最小關(guān)門速度和靜態(tài)關(guān)閉力進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)及優(yōu)化。

3.1 最小關(guān)門速度

最小關(guān)門速度是指任一車門（前門或后門）在其余三門（包括天窗系統(tǒng)）及車窗玻璃處于全升狀態(tài)下關(guān)閉車門所需的最小速度。設(shè)計(jì)狀態(tài)最小關(guān)門速度為：

V=L·ω （1）

其中，車門角速度ω為：

ω=（2E/I）1/2 （2）

式中：L為關(guān)門施力點(diǎn)與車門鉸鏈軸線的距離（車門寬度），E為轉(zhuǎn)動(dòng)能量（關(guān)閉能量），I為車門轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

由式（1）、式（2）可知，車門關(guān)閉速度與車門關(guān)閉能量和車門轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相關(guān)。其中，車門關(guān)閉能量與車門鉸鏈選型和布置方式、限位器選型和功能設(shè)計(jì)、車門鎖體鎖舌嚙合行程、密封條截面形狀和壓載、車門系統(tǒng)質(zhì)量和質(zhì)心X向坐標(biāo)有關(guān)，車門轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與車門幾何形狀、車門系統(tǒng)質(zhì)量、質(zhì)心位置有關(guān)。

本文車型車門最小關(guān)閉速度理論計(jì)算所需參數(shù)，如表3所示，前、后門最小關(guān)閉速度計(jì)算結(jié)果分別為0.928 m/s、1.046 m/s，滿足最小關(guān)門速度設(shè)計(jì)要求。

3.2 靜態(tài)關(guān)閉力

靜態(tài)關(guān)閉力是指將車門處于半鎖前狀態(tài)（完全打開狀態(tài)），在外開手柄靠近側(cè)門邊緣處緩慢施加力（力的方向?yàn)槠浞ň€方向），使側(cè)門處于完全鎖止時(shí)的最小力。靜態(tài)關(guān)閉力Fs的計(jì)算公式為：

[Fs=FlL1+FcL2L3] （3）

式中：Fl為鎖自身的全鎖力，L1為鎖嚙合點(diǎn)與車門鉸鏈軸線的距離，F(xiàn)c為車門關(guān)閉狀態(tài)下密封系統(tǒng)的總反力，L2為密封系統(tǒng)與車門鉸鏈軸線的等效距離，L3為關(guān)閉力施力點(diǎn)與車門鉸鏈軸線的距離。

由式（3）可知，靜態(tài)密封總反力與車門寬度、車門鉸鏈選型和布置位置、鎖體選型和布置位置、密封條壓載和截面選型、車門外開手柄的選型和布置位置有關(guān)。本文車型前、后門靜態(tài)關(guān)閉力理論計(jì)算結(jié)果分別為310 N、290 N，滿足靜態(tài)關(guān)閉力設(shè)計(jì)要求。

4 試制階段關(guān)門聲品質(zhì)主客觀評(píng)價(jià)

4.1 關(guān)門聲主觀評(píng)價(jià)

聲品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)以聽審團(tuán)評(píng)價(jià)的方式進(jìn)行。目前，評(píng)價(jià)方法主要有排序法、等級(jí)評(píng)分法、成對(duì)比較法和語(yǔ)義細(xì)分法，根據(jù)不同的評(píng)價(jià)任務(wù)選擇與之相適應(yīng)的評(píng)價(jià)方法可以得到更為準(zhǔn)確可靠的評(píng)價(jià)結(jié)果[13]。本文選用等級(jí)評(píng)分法，邀請(qǐng)15位評(píng)價(jià)人員，包括4位專家、7位專業(yè)工程師、4位用戶代表，評(píng)價(jià)人員中女性5位、男性10位，年齡在22～55歲范圍內(nèi)。在消聲室對(duì)試制階段樣車進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，設(shè)置關(guān)門速度為1.2 m/s，評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。

4.2 關(guān)門聲客觀評(píng)價(jià)

本文以聲壓級(jí)、主沖擊時(shí)間、低頻延續(xù)時(shí)間、響度、尖銳度、最小關(guān)門速度和靜態(tài)關(guān)閉力作為關(guān)門聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和試制階段樣車測(cè)試優(yōu)化措施的評(píng)價(jià)依據(jù)[14-15]。其中，聲壓級(jí)是目前聲學(xué)評(píng)判的主流標(biāo)準(zhǔn)之一，響度用于描述人耳對(duì)聲音強(qiáng)度的主觀感受，尖銳度表征高頻成分在頻譜中所占的比例，反映人耳對(duì)聲音的不適程度。

在背景噪聲小于20 dB（A）、頻率小于50 Hz的半消聲室內(nèi)布置傳感器進(jìn)行關(guān)門聲品質(zhì)測(cè)試。關(guān)車門操作由專業(yè)試驗(yàn)人員完成，在車門某一區(qū)域施力，由速度計(jì)測(cè)量關(guān)門速度，保證車門的關(guān)閉速度在1.2 m/s左右，車門關(guān)閉過(guò)程中采集測(cè)點(diǎn)的噪聲信號(hào)，采樣頻率不低于20 480 Hz。右前、右后門關(guān)門聲測(cè)試結(jié)果如圖2、圖3所示，評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。

4.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

由表4、表5可知，試制車關(guān)門聲品質(zhì)主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果基本未達(dá)標(biāo)。聽審團(tuán)主要反饋關(guān)門聲響度大、聲音不緊湊、有“哐哐”聲、缺少沉悶感。客觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)顯示，最小關(guān)門速度偏小，表明通過(guò)車門鎖體與鎖扣碰撞釋放的關(guān)門能量增大，導(dǎo)致車門鎖體棘爪與鎖扣的撞擊力度增大，棘爪與其周邊零件的碰撞加劇，對(duì)關(guān)門聲的聲音響度、聲壓級(jí)、主頻沖擊時(shí)間、低頻延續(xù)時(shí)間、聲音尖銳度等都不利，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相符。

圖2a、圖3a還反映了實(shí)車關(guān)門聲品質(zhì)存在其他問(wèn)題：關(guān)門時(shí)出現(xiàn)三次撞擊，鎖的二次撞擊較明顯，聲音不緊湊；聲音沉悶感不足，低頻能量在關(guān)門總能量中占比偏低；玻璃出現(xiàn)輕微振響。

5 關(guān)門聲品質(zhì)改善措施

為解決上述問(wèn)題，經(jīng)研究分析，采取如下優(yōu)化措施：

a. 增大車門洞密封條密封反力：實(shí)測(cè)車門洞密封條壓縮負(fù)載變形（Compression Load Deflection，CLD）曲線，發(fā)現(xiàn)其壓載不足，通過(guò)優(yōu)化密封條截面，調(diào)整擠出工藝口模，使壓載力由70 N/m增大至90 N/m；在B柱、C柱區(qū)域及車門鎖下部門檻區(qū)域門洞密封條中添加泡管。

b. 控制車門密封間隙：將內(nèi)間隙由17.5 mm±1.5 mm調(diào)整為17.5 mm±1.2 mm，其中車門鎖、鉸鏈等重點(diǎn)管控區(qū)域間隙要求16.3～18.0 mm加嚴(yán)控制，并逐車檢驗(yàn)。

c. 優(yōu)化車門鎖：棘輪在半鎖、全鎖位置增加包塑，減輕撞擊振動(dòng)；棘爪桿增加包塑，減少金屬間的摩擦；棘輪緩沖塊限位筋加厚約1.2 mm，降低回位時(shí)撞擊鎖扣聲響。

d. 增加車門玻璃的夾持力：優(yōu)化水切截面，增加內(nèi)、外水切壓載10～20 N/m；玻璃升降器夾持塊中塑料嵌件增加凸點(diǎn)，且其與玻璃導(dǎo)軌間的間隙由0.1 mm減小至干涉0～0.1 mm。

上述措施實(shí)施后，隨機(jī)抽檢量產(chǎn)車輛，在消聲室開展實(shí)車測(cè)試，主、客觀評(píng)價(jià)結(jié)果明顯改善，主觀評(píng)價(jià)得分和客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)已達(dá)到產(chǎn)品定義目標(biāo)，如表6、圖4、圖5、表7所示。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)關(guān)門聲品質(zhì)開發(fā)進(jìn)行了研究，得到以下結(jié)論：

a. 最小關(guān)門速度和靜態(tài)關(guān)閉力是影響關(guān)門聲品質(zhì)的主要因素，可通過(guò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化提升關(guān)門聲品質(zhì)。

b. 車門鎖體是影響關(guān)門聲品質(zhì)的次要因素，優(yōu)化鎖體結(jié)構(gòu)可以較好地提高關(guān)門聲緊湊感，增強(qiáng)聲音的沉悶感。

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（責(zé)任編輯 白 夜）

修改稿收到日期為2024年8月19日。