汽車減壓閥的設計優化

朱錦華，彭翼尖，彭宏,李東強，孫敏

(廣汽汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

隨著人們對乘用車操作舒適性和品質感要求的提高，人們對車門開閉力大小、關門的聲品質等都提出了更高的要求。車門開閉感與鉸鏈、限位器、膠條等零件有很強的相關性，同時與減壓閥也有一定的關系，優化減壓閥結構能夠在一定程度上改善車門靜態關門力及車內壓耳感。作者對減壓閥的結構進行優化，并且完成對應的實驗驗證，確認改善后的減壓閥能有效減低車門靜態關門力，同時降低車內壓耳感，給用戶帶來更好的操作體驗和更舒適的乘坐體驗。

1 減壓閥的簡單介紹和零件組成

減壓閥主要作用是平衡車內外的氣壓差，引導車內氣流流向[1]，從而減小車門關閉阻力，降低乘客壓耳感，同時防止車外氣體回流泄漏到車內，保證更好的除霜除霧效果以及乘坐舒適性。減壓閥一般布置在車身兩側或者尾部，如圖1所示。

圖1 減壓閥位置示意

減壓閥零件的組成包含以下內容：密封條、本體、葉片，如圖2所示。

圖2 減壓閥結構示意

2 某SUV車型面臨的問題

市場上較多車型存在車門難關、關門瞬間的壓耳感明顯，并且在車門閉合時減壓閥有異響的問題。針對這些問題，某公司選取某SUV車型，開展相關的試驗和整改，并取得了較好的改善效果。以下對此次具體的設計優化進行說明。

3 試驗驗證減壓閥對車門關門速度和壓耳感的影響

3.1 減壓閥開口面積與車門面積關系

在保證NVH性能情況下，減壓閥開口面積AEC與車門面積AD比例要處于合理范圍,即當AD大時，AEC應盡量大，如圖3所示，才可以實現增大減壓閥有效排氣面積的目的。

圖3 減壓閥開口面積與車門面積示意

由圖4可以看出：該SUV車型在相同車門面積情況下，所對應減壓閥開口面積遠遠低于趨勢線，可以證明某SUV的減壓閥開口面積較小。因減壓閥開口面積是減壓閥有效排氣面積的先決條件，從而進一步證明，車門面積越大，則減壓閥開口面積也需相應增大[2]。

圖4 減壓閥開口面積隨車門面積趨勢

3.2 減壓閥面積對最小關門速度及壓耳感影響

隨著減壓閥有效排氣面積的增大，對整車最小關門速度有一定改善；其次，出風面積增大有助于關門瞬間氣壓外排，能夠有效改善關門瞬間壓耳感。主觀感受車內氣壓差大于25 Pa 開始有壓耳感。試驗數據見表1。

表1 該SUV車型排氣面積對最小關門速度及壓耳感影響

3.3 減壓閥面積對NVH的影響

為了改善開關門品質和壓耳感，需增大減壓閥的面積，但增大減壓閥的面積可能會對NVH有一定的影響。為了驗證對NVH的影響，從以下幾個方面進行了測試驗證。

3.3.1 ATF(Acoustic Transfer Function，整車噪聲傳遞函數)

通過測試，拆卸減壓閥后，不同面積的鈑金孔對整車的噪聲影響如圖5、圖6所示，其開孔面積對整車ATF性能總體無影響；裝上減壓閥，不同通流面積對整車噪聲的影響如圖7、圖8所示，去除減壓閥葉片，其開孔面積增大，ATF有下降趨勢，但隨開孔面積逐漸增大，下降趨勢逐漸變緩。圖中PL表示右后左耳。

圖5 PL-排氣管-ATF的影響(無減壓閥)

圖6 PL-右后輪-ATF的影響(無減壓閥)

圖7 PL-排氣管-ATF的影響(帶減壓閥)

圖8 PL-右后輪-ATF的影響(帶減壓閥)

3.3.2 怠速噪聲

根據測試結果(圖9—圖12)，減壓閥的開閉(即排氣面積)對怠速工況車內噪聲基本無影響。圖中P、R、D分別表示車輛狀態，P為停車狀態，R為倒車狀態，D為行車狀態。

圖9 減壓閥的開閉對怠速工況車內噪聲影響(第二排，空調關閉)

圖10 減壓閥的開閉對怠速工況車內噪聲影響(第三排，空調關閉)

圖11 減壓閥的開閉對怠速工況車內噪聲影響(第二排，空調打開)

圖12 減壓閥的開閉對怠速工況車內噪聲影響(第三排，空調打開)

3.3.3 路噪及加速

根據測試結果，路噪隨減壓閥開口變化影響較小，如表2所示；加速噪聲隨減壓閥打開面積變化影響較小，如圖13所示；車內語言清晰度在3 500 r/min以上開始隨減壓閥打開面積的增加而有所下降，如圖14所示。綜合以上試驗及分析，可知增加減壓閥面積對整車NVH性能影響很小。

表2 路噪性能測試

圖13 第三排右后乘客左耳加速噪聲

圖14 第三排右后乘客左耳加速語言清晰度

3.4 減壓閥優化前后對排氣量及壓耳感影響對比

通過增大減壓閥的開口尺寸進行性能優化，對比圖15和圖16，優化后的減壓閥在相同車內氣壓下，有效排氣面積有明顯提升。且優化后的減壓閥在25 Pa壓差下，葉片已基本完全打開，獲得最大的排氣面積，也對壓耳感有明顯提升。

圖15 原減壓閥

圖16 優化后減壓閥

4 減壓閥噪聲控制

噪聲控制一般考慮3個工況下的噪聲：靜態關門噪聲、普通道路行駛噪聲以及高速道路行駛噪聲。

靜態關門噪聲是指車窗全關閉狀態下，關閉汽車前門時，導致的減壓閥葉片打開和關閉的噪聲。普通道路行駛噪聲是指減壓閥葉片在汽車行駛過程中，葉片來回拍打的噪聲。參考正常的行駛習慣，一般是在普通公路上以時速 40～80 km/h 勻速行駛，并依次將兩側車門玻璃分別下降一半和全部下降，確認減壓閥處有無異響，如果有異響現象，則說明減壓閥的布置位置不合理，導致排氣量較大，葉片反復拍打本體產生異響。如圖17所示，靜態關門噪聲和普通道路行駛噪聲問題都可通過調整減壓閥的位置或者在葉片背側增加一層無紡布的方式解決[5]。

高速道路行駛噪聲，一般為空調打開外循環并行駛在高速公路上時，葉片飄起顫動的聲音，如圖18所示。

圖17 葉片拍打噪聲示意

圖18 高速葉片噪聲示意

一般可以通過壓條來解決，如圖19所示。為了更好地隔絕外部的胎噪路噪，可以用增加隔音罩和吸音棉的方式來解決，如圖20、圖21所示。

圖19 壓條示意

圖20 外部噪聲示意

圖21 隔音罩示意

但是考慮隔音罩對空間要求較大，一般車型很難滿足空間要求，因此在布置減壓閥時錯開行李箱內飾件上的網格狀通風孔，并在行李箱內飾件與減壓閥之間增加吸音棉(吸音棉焊接在行李箱內內飾件上)，也能在一定程度上改善噪聲情況。

5 結論

通過以上優化，提高開關門品質，有效改善了壓耳感，并且能較好控制噪聲。不同車型因車身結構、車門大小、車內空間等不同，對減壓閥的要求有一定的差異。但是如果能讓減壓閥達到一定的排氣面積，就能較好地起到減壓作用。優化后的減壓閥作為平臺件廣泛應用在MPV、SUV、轎車中，能有效降低開發成本，縮短開發周期。