汽車車門密封性能控制與風噪聲改善

孫　飛，梁　波，劉建偉，王智乾，趙　權

（1.長城汽車股份有限公司　技術中心，河北　保定071000；2.河北省汽車工程技術研究中心，河北　保定071000）

汽車車門密封性能控制與風噪聲改善

孫飛1，2，梁波1，2，劉建偉1，2，王智乾1，2，趙權1，2

（1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定071000；2.河北省汽車工程技術研究中心，河北保定071000）

汽車車門密封性能是整車風噪聲水平的重要影響因素，分析汽車車門主要部件密封機理，提出相應泄漏控制方法；結合某款SUV車型后側窗風噪“泄漏聲”問題，通過車門密封優化，消除異常風噪聲，主觀評價及客觀測試均達到改善目標。

聲學；風噪；泄漏聲；密封；優化

一方面，隨著人們對高速出行需求的增加，客戶對汽車產品的高速行駛舒適性要求越來越嚴格；另一方面，汽車行業的白熱化競爭迫使各汽車公司將性能提升列為首要任務。在此背景下，高速風噪聲控制已經成為汽車NVH領域研究的熱點和重點工作［1-3］。

研究表明，車輛低速及中速行駛時，發動機、傳動系噪聲及輪胎噪聲占主導地位；高速行駛時（車速超過80 km/h），風噪聲為主要噪聲源［4］。依據向車內傳遞路徑的不同，風噪聲一般分為兩種：一種是通過密封條及車身孔隙傳入車內的“泄漏聲”［5，6］，又稱為氣吸噪聲［7，8］，是一種高速氣流聲，表現為“呲呲聲”，使得人耳感受極不舒服，是風噪聲的首要控制對象［9］；另一種是車輛與空氣作用產生的脈動壓力噪聲通過車身及玻璃向車內輻射的噪聲，與車體外造型直接相關。

本文針對“泄漏聲”控制，對車門系統主要密封結構及部件影響原理及性能進行分析改進，并通過對某款SUV車型進行車門密封優化，實現了后側窗風噪聲的優化改善。

1　車門密封影響因素及控制方法

1.1車門密封條

車門一般包括三道密封條設計：門密封條、門框密封條、輔助密封條。門密封條和門框密封條為車門主要密封結構，用來阻擋噪聲、水及灰塵進入駕駛室，一般車輛均設計有門密封條及門框密封條；輔助密封條又稱為第三道密封條，可進一步對車門密封性能進行優化，提升車內聲品質，主要包含門縫密封條、車門下部密封條等，可依據車輛設計理念進行選擇性設計。三道密封條設計如圖1所示。

圖1　三道密封條設計示意圖

車門密封條屬于動態密封結構，車輛行駛過程中，車門與車身由于自身剛度、模態等參數不同，在外部激勵下產生不同的位移及變形，導致兩者之間產生不斷變化的間隙，當間隙值大于密封條壓縮量時，便會造成密封失效，產生泄漏噪聲。此外，車門與車身形成的外部縫隙空腔在高速氣流作用下，也會產生空腔共鳴噪聲。

密封條泄漏噪聲主要通過消除泄漏縫隙來控制，需確保以下兩方面工作：一是車門與車身設計間隙應控制在適當的范圍，在高速行駛狀態下保證密封條密封效果；再者，密封條選材、截面設計及壓縮載荷設計應滿足動態密封要求?？涨还缠Q噪聲可通過識別噪聲產生部位，添加輔助密封條來進行控制消除。

1.2玻璃呢槽及水切

玻璃呢槽按斷面形式一般分為A/B/C/D/E等種類，水切分為內水切及外水切。玻璃呢槽及水切也屬于動態密封結構，車輛高速行駛過程中，氣流通過呢槽與玻璃、呢槽與導軌或窗框、水切與玻璃之間的縫隙連通車內外，產生泄漏噪聲，尤其是呢槽不同斷面搭接過渡區域，由于存在不平整現象，更容易產生泄漏。此外，呢槽與內水切之間的設計間隙也會成為泄漏噪聲的重要傳遞路徑。

玻璃呢槽及水切泄漏噪聲的控制，需確保以下工作：呢槽及水切選材、截面設計及壓緊力設計應滿足動態密封要求；呢槽與內水切搭接部位過盈設計或添加海綿條密封，消除設計間隙。

1.3車門內板孔洞密封

由于玻璃呢槽與外水切搭接間隙、車門排水孔、門把手無法做到完全密封，氣流總會進入內外板之間空腔內，進而通過內板及內飾板縫隙連通車內外，因此車門內板的密封非常重要。車門內板通常會設計面積較大的減重孔以及一些定位孔、漏液孔等，一般采用粘貼PVC防水膜的方式進行密封，車門線束在防水膜上穿孔通過。該結構可以實現必要的防水效果，但密封隔聲效果較差，可以通過在防水膜表面粘貼隔聲材料，線束與防水膜交接處設計密封圈等措施進行改善。為了達到更好的密封隔聲效果，一些歐系車型采用了一種新型內板密封方式——模塊化結構，該結構以塑料板或鋁板代替防水膜，配合密封條粘接或鉚接于內板鈑金上，線束及電器件與模塊化板件結合處設計密封膠套，形成良好的一體化密封隔聲結構設計，如圖2所示。與防水膜設計相比，模塊化結構密封隔聲效果得到了很大提升，但成本及工藝要求相對較高。

圖2　車門內板模塊化結構

1.4車門排水孔

車門排水孔作為一種功能性開孔，無法對其進行完全密封，但可以通過縮小開孔面積的方式減少外部氣流的進入，降低泄漏聲的產生及傳遞。通過多款車型驗證總結得出：排水孔面積與泄漏量成正比關系，如表1所示，要保證良好的車門密封效果，單門排水孔面積需控制在200 mm2以下。對于一些車型，車門排水孔需滿足涂裝漏液要求，無法減小設計面積，可通過在總裝添加開孔膠堵的方式來實現。

表1　排水孔面積與泄漏量關系

1.5門把手

門把手為運動開閉件，無法確保零泄漏，是氣流連通車內外的一個重要傳遞路徑。門把手密封可參考以下方面進行設計：1、一體式門把手設計密封效果要優于分段開縫式設計；2、分段開縫式設計應控制縫隙寬度最小化，把手閉合狀態下確保縫隙部位密封良好，無氣流出入；3、門把手與車門鈑金結合部位均設計密封墊片，墊片材質不宜過硬；4、鎖芯轉子與裝飾罩縫隙最小化，裝飾罩開孔最小化；5、對于密封性良好車輛，單門門把手整車氣密性貢獻量一般控制在1 SCFM以下。

1.6其他

車門系統密封控制，除以上部件外，應確保車門鈑金涂膠狀況良好，無泄漏縫隙、孔洞。

2　改善案例分析

某款SUV車型經相關工程師駕乘反映：100 km/h勻速工況后排乘客部位存在風噪聲大，通話效果差現象。針對此問題，從主觀評價及客觀測試兩方面進行確認排查。

2.1問題確認及目標制定

主觀評價方面，對此問題反復實車確認得出：后側窗玻璃周邊區域有明顯“泄漏聲”。用膠帶及橡皮泥對密封條、呢槽、水切、呢槽與水切搭接縫隙分別進行密封，評價結果如表2所示。由評價結果可以得出：車內“泄漏聲”主要傳入部位為玻璃呢槽、呢槽與內水切間隙。

表2　 100 km/h勻速工況主觀感受

客觀測試方面，選取后排左右乘客耳旁部位作為采集點，對問題車進行數據采集，并與標桿車進行對比，如表3、表4、圖3、圖4所示。

表3　 100 km/h勻速工況左后乘客耳旁聲壓級數據

表4　 100 km/h勻速工況右后乘客耳旁聲壓級數據

由數據可以看出：問題車車內聲壓級與語音清晰度均與標桿車有明顯差距，“泄漏聲”影響頻率段較寬，在0～5 000 Hz均與標桿車有明顯差距。

據此，我們設定整改目標為：主觀感受“泄漏聲”消除，通話效果良好；客觀數據后排乘客耳旁噪聲聲壓級67 dB（A），語音清晰度70AI%。

圖3　 100 km/h勻速工況左后乘客耳旁噪聲頻譜數據

圖4　 100 km/h勻速工況右后乘客耳旁噪聲頻譜數據

2.2問題排查及對策制定驗證

針對“泄漏聲”主要傳遞路徑進行排查，確認問題點。經超聲波測漏顯示：升降玻璃及三角窗玻璃四角部位泄漏量大，如圖5所示。

圖5　車門泄漏量測試結果

通過以上分析，可確定“泄漏聲”主要有以下兩條傳遞路徑：

路徑一：車外—玻璃呢嘈上角部位—車內。檢查玻璃呢槽結構發現：升降玻璃上部兩角A斷面與B、D斷面交接過渡部位呢槽高度低于主斷面呢槽高度，且表面凹凸不平，易產生泄漏間隙；三角窗玻璃呢槽主斷面有加筋設計，上部兩角部位無加筋設計，存在高度差，易產生泄漏間隙。

路徑二：車外—呢槽與外水切間隙、門把手、排水孔、鈑金縫隙—內外板空腔—內板孔洞—內板與內飾板空腔—呢槽與內水切間隙—車內。對傳遞路徑部件進行逐一排查，存在以下問題：a呢槽與內外水切搭接處均存在較大間隙；b內板孔洞采用粘貼防水膜方式進行密封，線束穿過防水膜部位存在明顯孔洞，密封隔聲效果差，如圖6所示；c門把手周圍密封不嚴，硬質塑料墊片貼合不緊密，經測試單門把手整車氣密性貢獻量為5.3 SCFM，明顯高于標桿車≤2 SCFM水平；d單門排水孔面積大于600 mm2，經測試單門排水孔泄漏量大于4 SCFM，高于標桿車≤2.5 SCFM水平；e內外板鈑金搭接處存在較大孔洞，無密封措施，如圖7所示。

針對以上傳遞路徑，分別進行對策制定及效果驗證。

圖6　車門防水薄膜設計

對于路徑一，提出以下兩種優化方案，對比如表5所示：

綜合分析，采用方案二進行優化，經實車驗證：100 km/h勻速工況風噪聲，主觀感受有明顯改善；客觀測試，后排左右乘客耳旁噪聲聲壓級分別降低1.1 dB、1 dB，語音清晰度分別提升9%、7%。

圖7　鈑金孔洞

圖8　呢槽密封優化

表5　路徑一優化方案

表6　路徑二優化方案

對于路徑二，提出以下優化方案，如表6所示。以上優化方案實施后，經實車驗證：100 km/h勻速工況風噪聲，主觀感受有明顯改善；客觀測試，后排左右乘客耳旁噪聲聲壓級分別降低0.7 dB、0.7 dB，語音清晰度分別提升4.7%、4.6%。

圖9　水切密封優化

2.3優化目標驗證

將以上優化措施在問題車上進行實施，經主觀評價，100 km/h勻速工況后排乘客部位“泄漏聲”消除，通話效果明顯改善；經客觀驗證，后排耳旁噪聲聲壓級及語音清晰度均達到目標值水平，如表7所示，經頻譜分析，0～5 000 Hz頻段噪聲值均有明顯降低，如圖10、圖11所示。

表7　 100 km/h勻速工況后排噪聲驗證數據

3　結語

對于側窗風噪聲控制，確保車門密封性能是首要工作，從泄漏噪聲傳遞路徑入手，對相關部件密封性能逐一進行排查優化，可有效提升風噪聲改善效果，其中玻璃呢槽、水切及車門內板是密封控制關鍵部件。

泄漏噪聲控制應從前期設計階段進行充分風險識別，對相關密封部件進行最優設計，試制車階段嚴格控制裝配間隙及涂膠效果，避免后期整改因工藝成本帶來很大限制，改善效果大打折扣。本文問題屬于后期車型整改案例，部分整改方案無法確保最優密封效果，導致優化后性能水平與標桿車仍存在差距。

圖10　 100 km/h勻速工況左后乘客耳旁噪聲頻譜數據

圖11　 100 km/h勻速工況右后乘客耳旁噪聲頻譜數據

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Seal Performance Control ofAutomobile Doors and Wind Noise Reduction of Vehicles

SUNFei1，2，LIANGBo1，2，LIU Jian-wei1，2，WANG Zhi-qian1，2，ZHAOQuan1，2
（1.R&D Center of Great Wall Motor Company，Baoding 071000，Hebei China；2.Automotive Engineering Technical Research Center，Baoding 071000，Hebei China）

Seal performance of automobile doors is one of the important influencing factors for vehicle's wind noise level.In this paper，the seal mechanism of main components of automobile doors was analyzed.The relevant methods for noise-leak control were presented.Taking the noise-leak problem of the rear door of a SUV automobile，the abnormal wind noise was eliminated through the seal optimization of the door.The improvement targets in both subjective evaluation and objective testing were achieved.

acoustics；wind noise；leak noise；seal；optimization

O422.6

ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1335.2015.05.017

1006-1355（2015）05-0082-05

2015－01－01

孫飛（1984－），男，山東聊城人，碩士，工程師.主要研究方向：汽車噪聲、振動控制研究。

E-mail:sf-21@163.com