某車門系統(tǒng)與玻璃升降器電機共振的實驗研究

王衛(wèi)濱，魏偉華，萬宏杰

(江鈴汽車股份有限公司，江西南昌 330000)

0 引言

在科學技術(shù)日益騰飛的今天，私家車已經(jīng)漸漸由少數(shù)人才有的奢侈品轉(zhuǎn)變?yōu)閺V大民眾的日常必需品，人們不再認為汽車只是一種簡單的交通工具，對其舒適性、安全性等提出了更高的要求。對噪聲和振動等聲品質(zhì)的研究與運用成了汽車舒適性領(lǐng)域的研究熱點之一[1-2]。聲品質(zhì)是人們對聲音事件主觀感受的客觀描述，是影響產(chǎn)品競爭力的重要因素[3]。汽車車門系統(tǒng)作為評價汽車舒適性和安全性能的一個重要組成部分，其作用不僅是保證駕駛員擁有安全行車的足夠視角，同時要能隔離噪聲以及保證乘坐舒適性、安全性[4]。作為一個依靠電機為動力源來經(jīng)常調(diào)整玻璃升降位置的組件，電機運行的聲音以及玻璃升降過程中產(chǎn)生的噪聲及振動直接影響乘客的舒適性，降低車門系統(tǒng)噪聲和振動成為汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢[5]。

在降低車門系統(tǒng)噪聲、提升其品質(zhì)方面，國內(nèi)外專家學者展開了研究：J WEBER[6]提出名為SAR-Line的異響模擬方法，在時域內(nèi)用隨機載荷進行激勵，應(yīng)用得到的相對位移來評價異響，得到的結(jié)果與真實的異響有很大的關(guān)聯(lián)性；S K LEE等[7]針對乘用車行駛過程中，受路面障礙物沖擊作用的室內(nèi)聲品質(zhì)建立了聲品質(zhì)評價參數(shù)。楊川等人[8]針對汽車關(guān)門低頻噪聲的改善問題建立了一套優(yōu)化流程，用間接邊界元法對車門的輻射噪聲聲壓級進行了數(shù)值分析,優(yōu)化后噪聲明顯改善；范瑋等人[9]初步分析了各項車型指標和信號波形,找到主客觀的聯(lián)系；趙匡等人[10]對汽車玻璃升降器電機選型問題進行了研究，運用受力分析和電機性能曲線圖，在項目前期控制電機運行電流和升降速度，從而改善升降系統(tǒng)的平穩(wěn)性；崔曉鵬[11]對汽車車門內(nèi)飾展開研究，通過模態(tài)分析、CAE分析和試驗驗證相結(jié)合，提出一套比較完整的汽車車門內(nèi)飾異響控制的方法。國內(nèi)外專家學者對車門系統(tǒng)聲品質(zhì)的提升做出了巨大貢獻，但升降器電機與車門系統(tǒng)共振問題還需要進一步研究。

作者對某車型車門系統(tǒng)中玻璃下降過程中出現(xiàn)的電機與車門系統(tǒng)共振問題進行研究，采用噪聲振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對車門系統(tǒng)的共振噪聲進行頻譜分析，確認額定電壓下車門系統(tǒng)的共振頻率，為量產(chǎn)質(zhì)量整改及項目前期車門系統(tǒng)開發(fā)提供參考和依據(jù)。

1 車門系統(tǒng)共振噪聲檢測

頻譜分析是一種將復(fù)噪聲號分解為較簡單信號的技術(shù)。許多物理信號均可以表示為許多不同頻率簡單信號的和，找出一個信號在不同頻率下的信息(可能是幅度、功率、強度或相位等)的作法就是頻譜分析[12]。采用HEAD acoustics雙通道噪聲振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對某車型車門系統(tǒng)玻璃下降過程中產(chǎn)生的異響進行頻譜分析，如圖1所示，測試車窗上下行程時的振動響應(yīng)。通過FFT VS.time分析發(fā)現(xiàn)，車窗在下降過程中85～90 Hz有明顯的高能量區(qū)域，如圖2所示，車窗下降過程中電機與車門系統(tǒng)共振引起共振噪聲。為找出車門共振頻率，需要進行車門系統(tǒng)固有頻率掃頻測試。

圖1 噪聲振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行噪聲檢測 圖2 電機與車門系統(tǒng)共振引起的共振噪音

2 車門系統(tǒng)固有頻率的測試

根據(jù)QC/T 636-2014《汽車電動玻璃升降器技術(shù)標準》[13]，可知車窗電機升降器必須在11～15 V的電壓下穩(wěn)定運行并且不能出現(xiàn)異響和頓卡延遲的現(xiàn)象。車窗升降電機的電壓運行要求和轎車用電瓶額定電壓為 12 V，因此測試方案定為通過從9～17.4 V，每0.3 V為一步長掃描車門系統(tǒng)固有頻率。

2.1 9.0～17.4 V車門系統(tǒng)頻率掃描結(jié)果

當電壓為9.0～11.7 V，車門系統(tǒng)具有良好的品質(zhì)，在70～120 Hz沒有共振噪聲，如圖3所示；當電壓為12.0～14.7 V，車門系統(tǒng)出現(xiàn)共振噪聲電機的運轉(zhuǎn)頻率為87.89和105.47 Hz，表明車門系統(tǒng)的固有頻率為87.89和105.47 Hz，如圖4所示；當電壓為15.0～17.4 V，車門系統(tǒng)出現(xiàn)共振噪聲電機的運轉(zhuǎn)頻率為105.47和117.19 Hz，表明車門系統(tǒng)的固有頻率為105.47和117.19 Hz，如圖5所示。

圖3 電9.0～11.7 V車門系統(tǒng)頻率掃描結(jié)果

2.2 車門窗上下行程中共振頻率分析

根據(jù)車窗上下行程掃描的頻率繪制出趨勢圖與上下行程電機固有頻率進行對比。如圖6所示：在車窗下行程中，由車門系統(tǒng)與電機共振造成的明顯噪聲峰值為87.9、105和117 Hz。上文提到車窗升降電機額定電壓為12 V，車門系統(tǒng)的固有頻率為87.9 Hz，對于電機本身下行程其固有頻率范圍為78.16～89.33 Hz，在此范圍內(nèi)存在共振噪聲的風險。如圖7所示：在車窗上行程中，車門系統(tǒng)與電機共振造成的明顯噪聲峰值為87.9、105 Hz。對于電機本身上行程其固有頻率范圍為67～78.16 Hz，車門系統(tǒng)的固有頻率不存在該工作范圍內(nèi)，沒有共振噪聲的的風險。這也佐證了只有下降過程出現(xiàn)共振噪聲。

圖6 車窗下行程掃描頻率與電機固有頻率對比圖

圖7 車窗上行程掃描頻率與電機固有頻率對比圖

3 解決方案的提出與驗證

共振是指機械系統(tǒng)所受激勵的頻率與該系統(tǒng)某階固有頻率相接近時，系統(tǒng)振幅顯著增大的現(xiàn)象。如何控制、避免共振是工程上的一大難題。針對此車型出現(xiàn)的共振噪聲問題，在不改變車門系統(tǒng)及電機性能的前提下，采用3M公司提供的泡棉墊隔振，貼于電機殼與車門鈑金之間，電機殼與車門鈑金間隙為6 mm。通過測試不同尺寸泡棉墊的隔振效果，最后發(fā)現(xiàn)泡棉墊尺寸為40 mm×25 mm×9 mm時改善效果最為明顯，且不影響裝配。噪聲檢測情況如圖8所示，結(jié)果表明增加泡棉阻尼墊能有效緩解振源的傳遞，從而改善共振問題。但從成本和效率上來看，應(yīng)在前期開發(fā)階段將電機的固有頻率以及車門系統(tǒng)在運行過程中各階固有頻率考慮到設(shè)計方案中，從設(shè)計上進行規(guī)避從而避免共振噪聲問題。

圖8 電機殼與車門鈑金間增加隔振塊的噪聲檢測情況

4 結(jié)論

介紹了采用噪聲振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對車門系統(tǒng)的共振噪聲進行頻譜分析，確認車門系統(tǒng)共振頻率的方法，基于某車型車門系統(tǒng)玻璃下降過程中出現(xiàn)的電機與車門系統(tǒng)共振問題進行研究。研究表明：(1)額定電壓下，該車門系統(tǒng)的固有頻率為87.89 Hz ，在電機轉(zhuǎn)動頻率范圍內(nèi)(78.16～89.33 Hz)，有共振噪聲的可能；(2)通過改變電機的轉(zhuǎn)動頻率能夠避免出現(xiàn)共振問題；(3)通過增加隔振塊能有效緩解振源的傳遞，從而改善共振問題。