乘用車側門關門聲音品質研究及應用

周偉 胡宏 宋大偉 俞克勝 馬保林

摘要：隨著車輛的迅速普及，顧客對車輛的使用期望從代步工具，逐漸演變為對造型的個性化需求及對整車各系統舒適性的要求。作為乘客評價整車的重要標準，車門性能是重要的整車性能之一，其中關門聲音品質又是車門的重要性能，在整車開發過程中，關門聲音品質的開發是重要的組成部分。

本文首先明確了聲音的評價指標，其次對影響因素進行了詳細分析，進而提出了控制方法和指標要求。最后根據相關的試驗標準，對設計產品進行試驗驗證。通過驗證發現，車門的各項性能均能滿足開發的目標。

關鍵詞：側門;閉合速度;操作力;關門聲音品質

中圖分類號：U463.82 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2019）05-0039-05

周偉

本科畢業于湖北汽車工業學院，碩士畢業于合肥工業大學工程，現就職于奇瑞汽車股份有限公司，任門蓋部主任師，主要研究方向為車身門蓋系統集成設計。已發表論文3篇，獲專利21項。

前言

隨著生活水平的提高，汽車的普及，人們對車輛的需求從最簡單的出行，發展到對外觀、舒適、環保、安全等附加性能的需要。關門聲音作為舒適性的重要組成部分，也是顧客重點關注的地方，因此車門的關閉聲音已成為各大主機廠關注的焦點，本文結合前期對車門聲音的持續改進，針對聲音的優化尋求解決方案。

1 關閉過程中聲音評價

為了給顧客營造出一種高檔豪華的感覺，對于車門關閉過程中，希望出現一種低沉厚重的聲音，不希望出現高頻的金屬撞擊聲，同時也不希望伴隨震顫、雜音及異響的出現。簡單概括說，好的關門聲音要涵蓋三個方面的基本特征：厚重、低沉、無雜音。

目前研究車門關門聲音品質，行業內常用的客觀評價指標有：

①聲壓級別

②峰值響度

③峰值尖銳度等

研究表明，主觀評價好的車輛關門聲有著共同的客觀特征，峰值響度和峰值尖銳度數值均較小。圖1.1為常規的關門聲音品質測量圖片，通過測量設備可以測試出不同關閉速度對應的關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關門聲進行客觀評價外，通常還需要采用時頻圖對震顫、異響等現象進行分析。研究發現，主觀評價好的關門聲，其時頻圖如圖1.2所示，應包含以下特征：

①波形簡單平滑，只有一個清晰的峰，聲信號中高頻成分應盡量少;

②初始沖擊的時間應保持在一定時間范圍內，約0.1s左右;

③低頻段的聲信號應該持續較長的時間，約0.4～0.5s左右;

關門品質很差的時頻圖如圖1.3所示：①波形復雜，有多個高頻的峰;②時頻圖中除掉最大峰值之外還會有較多相對小一些的峰值，諧波的聲音往往帶有雜音，比如拖沓的聲音或是金屬嘯聲。

結合近幾年的開發經驗，總結出在關門過程中，好的聲音評價包含以下因素：

①關門過程中是一種低沉的感受，即需要低頻的聲音，不能出現高頻刺耳的聲音;

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零件相互碰撞而產生的“咔噠咔噠”的聲音;

③門鎖嚙合過程中，不出現鎖扣和鎖體之間以及鎖體中自身部件轉動帶來的金屬部件之間的沖擊噪音;

④關閉過程中只出現一次撞擊聲音，不會出現多次撞擊聲;

⑤關閉后沒有導軌等附件的震顫聲，以及一些緊固件或者卡扣關閉過程中出現的“嘩啦嘩啦”的聲音;

⑥四個門具有相同的聲音品質。

2 聲音品質影響因素分析

2.1 最小關門速度

車門關閉過程中的聲音品質和車門的最小關閉速度有關。通常情況下，車門最小關閉速度越大，關門過程中出現的噪音等級越高，其原因機理為聲音是通過振動而產生，可以通過降低振動速度而實現降低輻射聲壓級別，車門關閉速度越小，則車門內部部件振動速度也會隨之變小，從而實現降低輻射聲壓級別。

同時在關閉過程中，關閉聲音的頻率分布也和關門速度有關，由于關門過程中是一個脈沖激勵過程，當關門速度越大，一些高頻零部件會被激發振動，從而發出一些高頻的聲音，為了規避這些聲音的出現，所以在產品開發過程中，盡可能的降低車門的最小關閉速度。

2.2 車門模態

當車門鈑金的自身模態和門外板局部模態偏小時，在關門過程中易出現鈑金共振。在產品設計開發初期，要對車門模態進行相應的定義，按行業內常規做法，通常設定車門總成模態，考慮到車門自身模態與怠速時發動機轉動頻率不能重疊，以免發生共振，以及車門自身結構特點，模態值很難做大，此參數通?！?8Hz。以及防止大力關門過程中出現局部共振，內外板的局部模態也要重點關注，同時內板要避開車門上使用揚聲器的低音頻率。

2.3 鎖系統聲音品質

如果鎖系統自身聲音品質不良，在車門關閉過程中容易出現鎖扣與鎖體之間以及鎖體中自身部件轉動帶來的金屬沖擊噪音。

2.4 鎖扣動剛度

鎖和鎖扣安裝面要具備足夠的剛性，特別是側圍鎖扣安裝面在Y方向要有足夠的動剛度，剛度不足時，在關門過程中容易發生共振異響，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 車門的裝配調整

保證車門要有一個好狀態的裝配調整，避免因裝配或者調整不良，造成關閉及開啟過程中不順暢，以及在關閉過程中多次出現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，例如玻璃導軌的安裝緊固件或者安裝螺栓選擇不當，在使用過程中容易發生松動和引起關門震響。

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，由于在關門過程中會出現震動，當部件之間的間隙偏小時會出現部件之間的相互撞擊，進而導致異響。

2.8 密封緩沖系統

新產品開發過程中，根據確認的BP配合截面尺寸以及零部件通用化的相關要求，合理設定車門周邊各處密封條的配合截面，確認合理的壓載及合理的壓縮量。

3 聲音品質開發方法

為了獲得一個好的關門聲音品質，主要的噪音控制手段，主要涵蓋以下多個方面，現針對各方面進行逐一闡述。

3.1 降低車門最小關閉速度

結合競品實車最小關門速度測量結果，如表3.1所示，以及公司模塊內專業小組主觀評價，得出最小關門速度越小，顧客在關門過程中就會降低關門力，這樣可以有效的規避大力關門過程中出現的最大尖銳度和最大響度，同時考慮到制造的難易程度，關門目標速度越小，整車達成難度越大，綜合考慮通常將車門最小關閉速度設定為1.2m/s。

降低最小關門速度的方法是優化各部件在關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

通過合理的設計，保證車門自身的自由模態及局部模態滿足設計目標。

外板的局部模態可通過造型增加相應特征或后期貼增強墊來實現，在防撞板與外板間涂隔振膠也可進一步提升門總成的整體剛性。同時車門內板要進行合理的設計，合理的布置加強筋和加強梁，提高內板的剛度及局部模態，如圖3.1所示?？蚣艿木唧w要求：①窗臺處的結構要有效的延伸到下面（如圖3.1的1、2點位所示）;②內板上的各安裝點，盡可能竄成大面，安裝點周邊型面要在Y方向做出臺階差，臺階差盡量大，形成有效的支撐梁結構，空間可行的話盡量為幾字型梁（如圖3.1的1、2、3、4、5、6點位所示）：

3.3 選用聲音品質優秀的鎖系統

經研究發現，鎖自身聲音品質的提升對門總成系統的聲音品質改善明顯。如表3.2所示，為不同鎖的聲音測試結果對比，可以看出：不管從關門還是開門聲音品質來看，某車型采用的鎖均優于競品。

3.4 提升側圍鎖扣安裝點動剛度

為了提升側圍鎖扣安裝點處動剛度，主要方案為優化鎖扣加強板的結構設計，盡量使鎖扣加強板與輪罩、C柱加強板及側圍外板間都形成聯接，無法焊接區域可通過使用結構膠實現，增加鎖扣加強板料厚也可對動剛度有一定提升。

3.5 良好的車門裝配調整

通俗的說，就是保證車門在關閉過程中鎖扣與鎖正常嚙合。從上鎖力測試臺架的實測結果來看：當鎖扣繞整車坐標X軸或Y軸在士30范圍內旋轉后，此時的上鎖力值相對理論位置上鎖力值增加或減少在10%以內;當鎖扣在整車坐標Z軸士2mm偏移后，此時的上鎖力值相對理論位置上鎖力增加明顯，通常在10%以上。當上述鎖扣旋轉或偏移出現在整車上時，關門聲音品質明顯變差，金屬撞擊聲明顯增加。如圖3.2所示鎖力值測試示意圖，如表3.3所示為具體測試力值對比表。

3.6 車門附件安裝牢固度

例如玻璃導軌的安裝緊固件或者安裝螺栓選擇不當、安裝力矩定義不合理，在使用過程中發生松動會引起關門震響。

3.7安裝附件到鈑金的距離

各個零部件之間的距離，可以根據具體的間隙布置BP（Best Practice）進行合理設定。若設定不當，在關閉過程中出現了零部間件的干涉，則“咔噠咔噠”的聲音將很難避免。

3.8 密封緩沖系統設計

密封條壓載設定不合理會引起關門能量消耗過大、車門最小關閉速度提升及較高的峰值響度。通過驗證發現，當密封條采用高壓載/小干涉量比采用低壓載Z大干涉量時消耗的能量更低。

4 聲音品質的設計驗證

4.1 數字化設計驗證

在設計產品數據凍結之前，需對聲音品質的各影響因素進行逐一確認，評估各設計狀態是否滿足要求。在這個評價過程中需要借助CAE分析方法對車門的模態進行分析、對側圍骨架上的鎖扣安裝點動剛度進行分析、同時對整車的NVHA行分析，當這些虛擬分析值同時滿足要求時，才具備發放條件，否則需做相應的改進，待滿足要求后再啟動數據發放。

例如某車型車門模態的分析如圖4.1：

通過分析可知，該車型的具體模態如下：一階模態32.6，模態振型為上窗框橫向擺動;二階模態45.5，模態振型為一階扭轉;三階模態56.1，模態振型為內板局部振動;四階模態57.2，模態振型為外板局部振動+窗框上部扭動;五階模態62.9，模態振型為外板局部振動;六階模態66.6，模態振型為內外板局部振動+窗框上部擺動。可以看出：車身模態滿足設計目標值，同時滿足局部模態目標，防止大力關門時出現局部共振。

4.2 實物樣車驗證

針對實物樣車驗證創建了三種評價方式，分別為主觀感受評價、客觀測量評價以及系統耐久驗證評價。

主觀感受評價至少需要3-5名有經驗工程師，對車門采用最小關門速度至2m/s的速度關門，采用5分制的評價表格，對實車及競品車型進行評價打分。

客觀測量評價是在靜音室內通過儀器，詳細測量關門過程中的聲壓級、響度和尖銳度。例如表4.1 為某車型在客觀測量過程中的響度和尖銳度。

通過和競品車型的主觀感受評價及客觀測量評價，發現此車型測量值基本達到前期的目標設定，即該車的實際表現滿足性能開發要求。

5 結論

對關門聲音品質開發方法進行了較詳細闡述分析。首先，簡要介紹了關門聲音品質的概念。其次，對各影響因素進行了詳細分析。再次，介紹了關門聲音品質開發過程中的技術方法。最后，通過數字化驗證和實物樣車驗證來檢驗此套開發方法的有效性和準確性，通過實車驗證表明此套開發方法具有較高的準確性。

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