羅勝東　亓歡寧　謝崇早

關(guān)鍵詞：隱藏式外開手柄；聲音品質(zhì)；異響

中圖分類號(hào)： U463.85+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

作為汽車智能化和電動(dòng)化的重要標(biāo)志，隱藏式外開手柄集機(jī)械化和電氣化控制于一身，造型新穎，結(jié)構(gòu)精巧，為新能源車帶來(lái)耳目一新的外觀視覺感受。外開手柄在車輛行駛時(shí)自動(dòng)收縮隱藏，降低了整車風(fēng)阻，同時(shí)為提高整車?yán)m(xù)航能力提供了可能；車輛停止車門解鎖時(shí)手柄自動(dòng)伸出，為用戶抓握手柄和開啟車門提供了便利。

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展以及人們對(duì)汽車品質(zhì)和舒適性的要求不斷提高，汽車噪聲水平的高低與聲音品質(zhì)的優(yōu)劣，將直接影響人們對(duì)汽車的購(gòu)買選擇。外開手柄是人們進(jìn)入駕駛艙前首先操作的汽車零部件，也是車門上使用頻率最高、用戶感受最多的一個(gè)零部件[1]。因此，隱藏式外開手柄操作舒適性的優(yōu)劣，直接影響到人們對(duì)汽車的整體感受。

本文根據(jù)隱藏式外開手柄的結(jié)構(gòu)及工作原理，從3 個(gè)方面對(duì)外開手柄進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化，結(jié)合最終實(shí)際效果進(jìn)行論述。該研究為提升隱藏式外開手柄聲音品質(zhì)提供了參考依據(jù)。

1 隱藏式外開手柄工作原理及聲學(xué)解析

1.1 隱藏式外開手柄工作原理

平推式隱藏外開手柄由執(zhí)行器、四連桿機(jī)構(gòu)及外手柄組成。系統(tǒng)通過(guò)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)，配合四連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，把手柄體從隱藏位置推出到與門鈑金平行位置。該運(yùn)動(dòng)模型共定義了5 個(gè)連桿、6個(gè)運(yùn)動(dòng)副和2 個(gè)約束（圖1）。當(dāng)操作外開手柄時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)執(zhí)行器伸出的滑塊運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連桿1 直線運(yùn)動(dòng)，連桿1 推動(dòng)連桿2 運(yùn)動(dòng)。連桿2 分別與連桿3 和連桿4 連接，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，各連接處為旋轉(zhuǎn)副；連桿5 分別與連桿3 和連桿4 連接，各連接處為旋轉(zhuǎn)副。

連桿3 的右端與殼體通過(guò)滑槽進(jìn)行約束。

當(dāng)外開手柄工作時(shí)，執(zhí)行器電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)部齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)，連桿各連接處旋轉(zhuǎn)副旋轉(zhuǎn)摩擦，手柄回位對(duì)殼體緩沖墊的沖擊，以及四連桿與上下外殼摩擦運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的聲音，共同構(gòu)成并影響隱藏式外開手柄運(yùn)行的聲音品質(zhì)。

1.2 聲學(xué)相關(guān)解析

要提升外開手柄聲音品質(zhì)，首先要了解聲學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。聲音信號(hào)是包含許多頻率的諧波所組成的一種復(fù)合音，它的頻率范圍從16 Hz 到20 000 Hz。人耳的聽覺系統(tǒng)對(duì)于復(fù)音的察覺非常敏感，因此具備出色的頻率分辨能力。2 個(gè)頻率相差懸殊的聲音同時(shí)播放時(shí)，人耳是可以將它們區(qū)別開的。聲音的物理屬性一般采用音調(diào)、音色以及聲音強(qiáng)度來(lái)衡量，同樣，也可以選擇相應(yīng)的參數(shù)來(lái)描述聲音給人帶來(lái)的主觀感受。

對(duì)聲音，常用到的評(píng)價(jià)參數(shù)有響度（Loudness）、粗糙度（Roughness）以及尖銳度（Sharpness）等。響度指的是聲音的大小、強(qiáng)弱，它是人對(duì)聲音大小的一個(gè)主觀感覺量。粗糙度是用于描述調(diào)制頻率在20 ～ 300 Hz 的聲音。尖銳度是指聲音中的高頻成分給人的感受值，和噪聲頻譜的結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。使人產(chǎn)生不愉快的影響因素里，尖銳度是最主要的因素。尖銳度描述的是與聲音頻率成分有關(guān)但與聲音響度無(wú)關(guān)的感覺，它反映的是聲音尖銳、頻率高以及讓人不舒服的感覺程度，它是聲音中的高頻能量與總能量之比。

聲音品質(zhì)的好壞需要經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)將其具體量化，評(píng)價(jià)方法主要有主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。主觀評(píng)價(jià)以人為主體，配合聽審團(tuán)評(píng)價(jià)的方式進(jìn)行。常用的評(píng)價(jià)方法有排序法、評(píng)分法、 成對(duì)比較法和語(yǔ)義細(xì)分法。此外，日本大阪大學(xué)提出的選擇描述法在聲音品質(zhì)的評(píng)價(jià)中也有應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，又通常將這幾種方法結(jié)合起來(lái)使用。無(wú)論是從聲學(xué)還是從聽覺感知的角度來(lái)看，聲音都具有多維度特點(diǎn)，而且不是所有可能的維度都有物理的或心理的特征描繪。

另外，人的主觀因素也會(huì)對(duì)人耳感知聲音的過(guò)程產(chǎn)生影響，人的心理、生理狀態(tài)不同，產(chǎn)生的反應(yīng)也會(huì)有所差別。

客觀評(píng)價(jià)方法，即利用客觀物理量作為評(píng)價(jià)的依據(jù)，使用儀器進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要方法有時(shí)頻分析技術(shù)、客觀參數(shù)回歸分析技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。盡管聲音品質(zhì)的客觀評(píng)價(jià)方法獲得長(zhǎng)足的發(fā)展，評(píng)價(jià)的效率得以提高，但聲音品質(zhì)的客觀評(píng)價(jià)仍然不能完全代替主觀評(píng)價(jià)，主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果才是對(duì)聲音品質(zhì)的真實(shí)反映。

但主觀評(píng)價(jià)也存在很多缺點(diǎn)。受主觀因素影響，其一致性和重復(fù)性較差，成本和時(shí)間的代價(jià)較高。有時(shí)主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)對(duì)于故障的診斷和解決沒(méi)有任何直接的益處，進(jìn)而失去其評(píng)價(jià)的意義。因此，主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)應(yīng)相互結(jié)合，基于主觀評(píng)價(jià)結(jié)果提出實(shí)用性強(qiáng)的客觀評(píng)價(jià)方法，并利用主觀評(píng)價(jià)對(duì)客觀評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行充分驗(yàn)證，才是最科學(xué)和有效的方法。

1.3 何為異響

異響是指在外力的作用下，兩個(gè)或多個(gè)相鄰部件之間表面產(chǎn)生了摩擦或者撞擊而引起的聲音。影響異響的因素包括材料特征和結(jié)構(gòu)特征。材料特征有摩擦特性、受沖擊特性、溫度和濕度特性等。結(jié)構(gòu)特征包括發(fā)生異響部件的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特征、接觸點(diǎn)的動(dòng)剛度、沖擊力或摩擦力等特征。因此異響不僅是聲學(xué)問(wèn)題，還是非常復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。在汽車領(lǐng)域，各系統(tǒng)振動(dòng)敲擊所發(fā)出的聲音統(tǒng)稱為異響。

2 隱藏式外開手柄聲音品質(zhì)影響因素

隱藏式外開手柄聲音品質(zhì)的好壞與驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器、手柄回位力和運(yùn)動(dòng)摩擦等方面有緊密聯(lián)系。

2.1 執(zhí)行器運(yùn)行異響

驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器是整個(gè)隱藏式外開手柄運(yùn)行的動(dòng)力來(lái)源，為主要核心部件。在執(zhí)行器滑塊推出的過(guò)程中，執(zhí)行器內(nèi)部齒輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中噪聲及振動(dòng)異響直接影響了整個(gè)手柄的聲音品質(zhì)。因此，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)行聲音品質(zhì)對(duì)手柄功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程的聲音品質(zhì)貢獻(xiàn)值較大。

要控制好隱藏式外開手柄聲音品質(zhì)，首先要從執(zhí)行器電機(jī)和內(nèi)部傳動(dòng)齒輪選型及其之間的匹配參數(shù)著手開發(fā)設(shè)計(jì)。

2.2 手柄回位異響

手柄展開后，回位彈簧初始力與開啟位置力之間的差值大，是導(dǎo)致手柄回位異響的最主要因素。回位彈簧初始力與開啟位置力差值大時(shí)，手柄復(fù)位加速度大，手柄回位時(shí)對(duì)殼體緩沖墊的沖擊越大[2]，產(chǎn)生的聲音就越大。因此，在滿足設(shè)計(jì)要求條件下，有效減少回位彈簧初始力與開啟位置力之間的差值，可降低手柄回位異響，提升聲音品質(zhì)。

2.3 摩擦異響

隱藏式外開手柄由隱藏位置推出到開啟位置過(guò)程中，四連桿與上下外殼存在滑動(dòng)摩擦運(yùn)動(dòng)，易產(chǎn)生摩擦異響。同時(shí)，四連桿的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性也是關(guān)鍵因素。由于制造及裝配誤差，連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)并非與上下外殼完全平行，運(yùn)動(dòng)中與理想狀態(tài)存在偏差導(dǎo)致與外殼產(chǎn)生摩擦異響。

3 聲音品質(zhì)提升解決方案

3.1 執(zhí)行器異響解決方案

3.1.1 執(zhí)行器傳動(dòng)系設(shè)計(jì)

執(zhí)行器滑塊要獲得足夠大的動(dòng)力輸出，取決于齒輪傳動(dòng)輸入與輸出的傳動(dòng)比。執(zhí)行器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如考慮用齒輪傳動(dòng)，每一級(jí)傳動(dòng)比通常設(shè)計(jì)在1 ：3 左右。同時(shí)，因?yàn)樾枰嗉?jí)齒輪并行，每級(jí)齒輪都會(huì)存在一定的回差，多級(jí)傳動(dòng)意味著回差也逐級(jí)加大，因此齒輪間傳遞動(dòng)力的過(guò)程中，產(chǎn)生的撞擊摩擦也會(huì)相應(yīng)增多。渦輪蝸桿傳動(dòng)一般每級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)到1：20 以上，考慮空間布置，兩級(jí)渦輪蝸桿傳動(dòng)即可滿足要求。渦輪蝸桿傳動(dòng)空間結(jié)構(gòu)緊湊，在傳遞動(dòng)力過(guò)程中產(chǎn)生的撞擊摩擦也會(huì)相應(yīng)較少，對(duì)整體機(jī)構(gòu)的噪聲控制有一定優(yōu)勢(shì)[3]。

3.1.2 渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)品質(zhì)提升優(yōu)化

執(zhí)行器通過(guò)渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為推動(dòng)手柄開啟的直線運(yùn)動(dòng)，渦輪蝸桿之間的傳動(dòng)噪聲控制是重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。經(jīng)前期造車驗(yàn)證，執(zhí)行器內(nèi)部渦輪蝸桿表面粗糙度及潤(rùn)滑油脂的選用對(duì)聲音品質(zhì)控制有顯著影響，執(zhí)行器在底座上的安裝牢固度也有一定影響。對(duì)執(zhí)行器齒輪模具進(jìn)行鏡面拋光，同時(shí)選用粘度系數(shù)高、降噪效果好的潤(rùn)滑油脂，并且在執(zhí)行器與底座周圈匹配增加吸音材料后，最高降噪可達(dá)34%（圖2）。

3.2 回位異響解決方案

3.2.1 影響敲擊異響的因素及分析

產(chǎn)生敲擊異響的因素與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有重要關(guān)聯(lián)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括車身的整體剛度和模態(tài)、部件的局部剛度和模態(tài)以及部件的變形量控制等。當(dāng)整體剛度和局部剛度不足時(shí)，整個(gè)部件結(jié)構(gòu)容易被激勵(lì)而產(chǎn)生敲擊異響。部件碰撞是否會(huì)產(chǎn)生異響，同時(shí)還與部件間材料的差異有關(guān)。堅(jiān)硬物體與堅(jiān)硬物體之間碰撞會(huì)發(fā)出敲擊聲，但是堅(jiān)硬物體與柔軟的橡膠件之間碰撞可能沒(méi)有聲音。因此，部件之間的材料類別匹配對(duì)于撞擊異響的控制非常關(guān)鍵。

3.2.2 手柄連桿及相關(guān)機(jī)構(gòu)優(yōu)化

手動(dòng)拉動(dòng)和釋放手柄回位的過(guò)程中，依靠的是連桿3 帶動(dòng)拉線轉(zhuǎn)臂相對(duì)運(yùn)動(dòng)。扭簧設(shè)計(jì)在拉線轉(zhuǎn)臂的內(nèi)部，扭矩既保證開啟力在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，同時(shí)也保證手柄克服摩擦力正常回位。在手柄開啟到最大位置和初始位置均設(shè)計(jì)有緩沖結(jié)構(gòu)，以減小碰撞聲音。連桿2 和連桿4 之間設(shè)計(jì)有阻尼器（圖3），可減小拉動(dòng)和釋放手柄的速度，降低回位聲響。

3.3 摩擦異響解決方案

2 個(gè)相互接觸的物體在外力作用下，從靜止?fàn)顟B(tài)到相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，會(huì)經(jīng)歷3 個(gè)階段，期間都會(huì)產(chǎn)生較尖銳的聲音。第一階段是在靜止?fàn)顟B(tài)下，兩個(gè)接觸表面存在摩擦黏滑（slip-stick） 效應(yīng)，從而產(chǎn)生較尖銳的聲音；第二階段是物體產(chǎn)生相対運(yùn)動(dòng)而發(fā)生自激振動(dòng)并產(chǎn)生聲音；第三階段是當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件的2 個(gè)或多個(gè)固有頻率接近時(shí)，摩擦力能激起部件的耦合振動(dòng)，從而發(fā)出更為尖銳的復(fù)合音[4]。

手柄機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，部件之間的接觸摩擦而產(chǎn)生的聲音尤為突出。對(duì)此，通常的措施是在部件之間增加潤(rùn)滑，采用液態(tài)潤(rùn)滑油或糕狀潤(rùn)滑脂在摩擦表面間形成各種油膜。按不同的摩擦表面，可采用不同的潤(rùn)滑油，都可獲得不同的摩擦系數(shù)[5]。相比之下各部件間的摩擦系數(shù)都會(huì)有較大程度的降低，對(duì)噪聲的控制有巨大的幫助。

執(zhí)行器通過(guò)連桿1 推動(dòng)連桿2 旋轉(zhuǎn)位移，連桿2 設(shè)有扭簧，在手柄頂出和回位過(guò)程中逐漸壓縮和釋放扭簧，始終保持連桿1的滑塊與連桿2 緊密滑動(dòng)。連桿2 與外殼實(shí)施面接觸，在接觸面設(shè)置有儲(chǔ)油槽（圖4），可長(zhǎng)效實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。同時(shí)設(shè)定滑塊和油槽表面粗糙度小于Ra1.6，可以減小頂出和回位過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)隱藏式外開手柄聲音品質(zhì)影響因素的深入研究，分析出產(chǎn)品產(chǎn)生異響音源的執(zhí)行器、手柄回位機(jī)構(gòu)和摩擦三大因素，并有針對(duì)性地提出產(chǎn)品開發(fā)時(shí)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，將異響問(wèn)題規(guī)避。經(jīng)過(guò)多輪實(shí)車造車驗(yàn)證，隱藏式外開手柄結(jié)構(gòu)優(yōu)化后聲音品質(zhì)改善明顯，手柄耐久度及強(qiáng)度均無(wú)影響，操作聲音品質(zhì)感與對(duì)標(biāo)車基本持平。整體聲音品質(zhì)提升措施對(duì)后續(xù)車型隱藏式外開手柄開發(fā)有一定的借鑒及指導(dǎo)意義。

作者簡(jiǎn)介：

羅勝東，本科，工程師，研究方向?yàn)檐囬T附件。

亓歡寧，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)檐囬T附件。

謝崇早，本科，工程師，研究方向?yàn)檐囬T附件。