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乘用車側(cè)門關(guān)門聲音品質(zhì)研究及應(yīng)用

2019-10-20 03:58周偉胡宏宋大偉俞克勝馬保林
汽車科技 2019年5期

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),車門性能是重要的整車性能之一,其中關(guān)門聲音品質(zhì)又是車門的重要性能,在整車開發(fā)過程中,關(guān)門聲音品質(zhì)的開發(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。通過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),車門的各項(xiàng)性能均能滿足開發(fā)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞:側(cè)門;閉合速度;操作力;關(guān)門聲音品質(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,任門蓋部主任師,主要研究方向?yàn)檐嚿黹T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,對(duì)于車門關(guān)閉過程中,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,好的關(guān)門聲音要涵蓋三個(gè)方面的基本特征:厚重、低沉、無(wú)雜音。

目前研究車門關(guān)門聲音品質(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)門聲音品質(zhì)測(cè)量圖片,通過測(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)合近幾年的開發(fā)經(jīng)驗(yàn),總結(jié)出在關(guān)門過程中,好的聲音評(píng)價(jià)包含以下因素:

①關(guān)門過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沒有哐眶的門外板的共振聲,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門鎖嚙合過程中,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)閉過程中出現(xiàn)的“嘩啦嘩啦”的聲音;

⑥四個(gè)門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)門速度

車門關(guān)閉過程中的聲音品質(zhì)和車門的最小關(guān)閉速度有關(guān)。通常情況下,車門最小關(guān)閉速度越大,關(guān)門過程中出現(xiàn)的噪音等級(jí)越高,其原因機(jī)理為聲音是通過振動(dòng)而產(chǎn)生,可以通過降低振動(dòng)速度而實(shí)現(xiàn)降低輻射聲壓級(jí)別,車門關(guān)閉速度越小,則車門內(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)閉過程中,關(guān)閉聲音的頻率分布也和關(guān)門速度有關(guān),由于關(guān)門過程中是一個(gè)脈沖激勵(lì)過程,當(dāng)關(guān)門速度越大,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)品開發(fā)過程中,盡可能的降低車門的最小關(guān)閉速度。

2.2 車門模態(tài)

當(dāng)車門鈑金的自身模態(tài)和門外板局部模態(tài)偏小時(shí),在關(guān)門過程中易出現(xiàn)鈑金共振。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)初期,要對(duì)車門模態(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)定車門總成模態(tài),考慮到車門自身模態(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)門過程中出現(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)板要避開車門上使用揚(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,在車門關(guān)閉過程中容易出現(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)門過程中容易發(fā)生共振異響,在車門開啟過程中易在骨架處形成空腔,將開啟聲音放大。

2.5 車門的裝配調(diào)整

保證車門要有一個(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)閉及開啟過程中不順暢,以及在關(guān)閉過程中多次出現(xiàn)鎖體和鎖扣之間的撞擊聲音。

2.6 車門附件安裝牢固度

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

2.7 安裝附件到鈑金的距離

車門上的安裝附件在非緊固的部位到車門鈑金的距離要合理,由于在關(guān)門過程中會(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)品開發(fā)過程中,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)開發(fā)方法

為了獲得一個(gè)好的關(guān)門聲音品質(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 降低車門最小關(guān)閉速度

結(jié)合競(jìng)品實(shí)車最小關(guān)門速度測(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)門速度越小,顧客在關(guān)門過程中就會(huì)降低關(guān)門力,這樣可以有效的規(guī)避大力關(guān)門過程中出現(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最小關(guān)閉速度設(shè)定為1.2m/s。

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

3.2 提高車門整體的模態(tài)

通過合理的設(shè)計(jì),保證車門自身的自由模態(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)一步提升門總成的整體剛性。同時(shí)車門內(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)門還是開門聲音品質(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 良好的車門裝配調(diào)整

通俗的說,就是保證車門在關(guān)閉過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,在使用過程中發(fā)生松動(dòng)會(huì)引起關(guān)門震響。

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)門能量消耗過大、車門最小關(guān)閉速度提升及較高的峰值響度。通過驗(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)過程中需要借助CAE分析方法對(duì)車門的模態(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。

例如某車型車門模態(tài)的分析如圖4.1:

通過分析可知,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)。可以看出:車身模態(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)車門采用最小關(guān)門速度至2m/s的速度關(guān)門,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)通過儀器,詳細(xì)測(cè)量關(guān)門過程中的聲壓級(jí)、響度和尖銳度。例如表4.1 為某車型在客觀測(cè)量過程中的響度和尖銳度。

通過和競(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)滿足性能開發(fā)要求。

5 結(jié)論

對(duì)關(guān)門聲音品質(zhì)開發(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)門聲音品質(zhì)開發(fā)過程中的技術(shù)方法。最后,通過數(shù)字化驗(yàn)證和實(shí)物樣車驗(yàn)證來(lái)檢驗(yàn)此套開發(fā)方法的有效性和準(zhǔn)確性,通過實(shí)車驗(yàn)證表明此套開發(fā)方法具有較高的準(zhǔn)確性。

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