汽車門洞密封條風噪性能研究

熊輝，李磊，周偉

摘? 要：當汽車在高速路面上行駛時汽車會受到風壓的影響，尤其是在汽車側面的車門區域，空氣的負壓力會讓車門開閉件及密封條產生一定的變形，造成路面噪聲及風噪聲泄露到駕駛艙內，對乘客產生干擾并感覺到不舒適。研究開閉件密封條結構及風壓的影響，針對性的改進密封條的結構減少乘客艙內的風噪聲，對整車的NVH性能提升至關重要。

關鍵詞：風噪；門洞密封條；NVH

中圖分類號：U467.4? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2023）03-0048-04

Research on Wind Noise Performance of Automotive

Door Sealing Strip

Xiong Hui， Li Lei， Zhou Wei

（Chery Automobile Co.， Ltd， WuHu 241000， China）

Abstract： When driving on high-speed roads， the car will be affected by wind pressure， especially in the door area on the side of the car. The negative air pressure will cause certain deformation of the door opening and closing components and sealing strip. Road noise and wind noise leak into the cockpit， causing interference and discomfort to passengers.Studying the structure of the sealing strip of the opening and closing components and the impact of wind pressure， improving the structure of the sealing strip to reduce wind noise in the passenger compartment is crucial for improving the NVH performance of the entire vehicle.

Key Words： Wind noise; Door Sealing strip; NVH

1? ? 前言

隨著汽車技術的發展和提升，消費者對汽車的需求不再是簡單的能開和好看，消費者把汽車變成一個移動的家。當用戶在購車的時候，更加注重車身乘坐空間及乘坐的舒適性，安靜和舒適的駕乘環境也成為消費者判斷車輛好壞的關鍵因素。當車輛行駛時車內噪聲隨著車速的增加逐步增大。車內噪音主要由動力總成的噪音、路噪和風噪等組成，在不同車速下其對車內噪聲的貢獻值也不一樣。怠速和低速行駛時，燃油車的車內噪聲主要由動力總成和傳動系統的結構噪聲為主，對于新能源車此時無發動機遮蔽路噪會凸顯。車輛中高速行駛時，輪胎與路面的噪聲是主要的噪聲源。當車輛行駛超過70-80km/h時，空氣與車身之間的摩擦形成的風噪聲成了主要噪聲源[1]。針對汽車的噪聲各大主機廠都作為重點研究課題。對汽車的結構進行研究，分析其噪聲源及傳遞路徑，通過優化設計結構和提升結構模態來隔斷或降低噪聲的傳遞，可以有效的提升乘員艙的舒適性。

2? ? 車身密封結構及常見風噪問題

車身的密封系統主要是指車門開閉件與車身骨架本體之間的多個密封零件，主要包含門洞密封條、車門門框密封條、車門玻璃呢槽、車門外擋水條、車門內擋水條、車門下部密封條、車門外邊緣密封條等。密封系統主要作用是填充車門等開閉件與車身之間的縫隙，主要保護車門開關、玻璃升降等運動零件與車身骨架及車門的密封，阻擋車輛外部雨水、污濁灰塵空氣、車外環境噪聲、車輛行駛中車門及玻璃的震動等傳遞到成員艙內。車門密封系統如圖1和圖2所示。

車門密封系統最主要的是斷面設計，一種好的斷面結構可以起到很好的密封效果。密封系統的材料主要為EPDM和鋼骨架，一般采用一起擠出工藝成型。其中密封條的材料、厚度、壓縮剛性、壓縮負荷的設計也很關鍵。密封系統的主要的工作原理是通過密封條在車門關閉后產生密封條壓縮變形，變形后的密封條附著在車門和車身之間的縫隙實現密封。不合理的密封條結構設計會造成密封失效、漏水、漏聲、產生噪聲、緊固不良和塌陷等問題。

在汽車開發和實驗過程中經常會遇到風噪問題。汽車高速行駛的時候，快速流動的風與車身表面如后視鏡、A柱、外把手、輪轂等撞擊和摩擦以及在某些凹陷處產生氣旋從而產生風噪聲。這些風噪聲透過車門及密封條進入到車內。車輛速度越大風噪音就越大。同時風噪聲與車身的薄鋼板產生激勵和震動并通過車身骨架傳遞到車身內部。目前主要的風噪聲主要如下：

（1）風噪斯斯聲，一般是由風擋玻璃、車門及側窗密封狀態不良而產生；

（2）風噪哨聲，一般是由于車身縫隙尺寸問題而產生或者后視鏡、天線等表面結構件外形設計不合理而產生[2]；

本文主要研究門洞密封條的結構設計對風噪聲的影響，通過優化密封條的結構、材料、截面等關鍵參數改善風噪聲通過密封系統滲入到乘員艙，減少風噪聲對駕乘人員的影響，提升整體舒適性。

3? ? 門洞密封條風噪問題實驗研究

實車的薄板震動也會傳導風噪聲，用實車研究密封條對風噪聲的影響容易受到干擾。用整車風洞實驗來驗證風噪聲是最直接有效的方法，但運用風洞試驗研究密封系統的開發性細節方案不僅周期長而且成本高。本次研究建立了一個標準的實驗設備，選用了車身門洞密封條進行標準工裝的實驗研究。詳細的實驗工裝見圖3所示。

用一塊較厚的鋼板代替車門，一塊較厚的鋼板代替車身。代替車身的鋼板設計出安裝槽用來安裝車身門洞密封條，代替車身的鋼板頭部加工出密封面用來模擬真實的車門和車身的密封間隙和壓縮面。簡化了的實驗工裝很好的去除了車身和車門的鈑金及其他附件對實驗的影響。中間兩塊鋼板對接處按照實車的密封縫隙及密封條安裝結構進行設計和加工。

然后把實驗工裝安裝在實驗室中間位置，除了實驗工裝處在兩個實驗室中間外，其他的區域全部密封隔離如圖4所示。在混響室中放入混響聲源和傳感器，在消聲室中放入聲強探頭。

通過混響室內傳聲器測試聲源聲強SI0，通過消聲室內聲強探頭測量受聲側聲強SI1，聲強傳遞損失公式（1）求出。

SIL=SI0-SI1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

實驗用500Hz～5000Hz頻段進行測試，試驗前樣件按照20±5℃保溫處理24h達到環境條件的平衡。

通過車身門洞密封條的斷面研究可知，車身門洞密封條的設計變量有泡管形狀、壓縮量、壓載負荷、材料的密度、材料的厚度、涂層、排氣孔等。針對多種變量采用DOE交叉實驗，通過隔音量測試結果分析和研究主要影響因子。

用圖3和圖4所示的試驗設備進行實驗，用公式（1）對實驗數據進行處理，車身門洞密封條的泡管壁厚對隔音量的影響如圖5所示，在3150Hz處最大影響量9.5 dB。

車身門洞密封條的壓縮量對隔音量的影響如圖6所示，在3200Hz處影響量6.3dB。

車身門洞密封條的排氣孔對隔音量的影響如圖7所示，在3500Hz處影響量5.3Hz。

限于篇幅其他試驗詳細結果不做展示，通過實驗數據匯總和分析后可知，對隔音量影響最大的是密封條泡管形狀，其次分別是泡管厚度、壓縮量、排氣孔、涂層和壓載，詳細如表1所示。

4? ? 車門密封系統方案優化設計

根據實驗研究的結果對車身門洞密封條優化設計泡管形狀，在面向車外的根部增加了料厚，將車門側密封條唇邊根部材料由發泡膠更改為密實膠，提高壓縮負荷，唇邊接口增加凸起筋條為解決前門風噪嘯叫[3]。在面向車內的部位料厚適當的變薄，以此來中和料厚增加帶來的密封條壓載的增加[4-5]。

其次優化了泡管的排氣孔，減少車身門洞密封條的排氣孔數量5個，僅在視覺及風噪相對不敏感區開孔。整體優化后的截面如圖8所示。針對優化的斷面進行CAE分析，確保壓縮載荷不能明顯的增加，避免產生車門閉合力增加帶來車門不好關的問題。

通過試驗分析可知，優化后隔音量在2500Hz段優化了5.1dB，隔音量平均提升4.1dB，基本滿足了目標曲線。然后根據新的斷面做了實物樣件，并在道路實驗場進行80-120km/h的道路風噪測試和主觀評價，經過五組車輛和人員組合驗證，方案優化和改善了原車的風噪問題。

5? ? 結論

本文設計并建立了一個標準的實驗，通過一套實驗工裝在NVH實驗室中開展門洞密封條各設計因子與風噪聲的研究，得出如下結論：

（1）門洞密封條對隔音量影響最大的是泡管形狀，其次是泡管厚度、壓縮量、排氣孔、涂層和壓載。其他密封系統同類零件可以參考文中的設計方案作出相應的結構優化；

（2）通過文中建立的標準實驗工況進行密封系統風噪性能研究，可以在設計前期交叉開展實驗研究，有效節省密封系統后期風洞試驗、模具開發、設計變更等開發費用和開發周期。本文的NVH風噪聲改進案例對整車NVH風噪性能提升也提供了很好的案例參考。

參考文獻：

[1]代素珍，DAI Su-zhen，柯有恩，KE You-en.某SUV車型道路風噪測試及改善[J].內燃機與配件. 2019（05）.

[2]雷宇宇.車門密封條風噪問題分析及設計優化[J].時代汽車. 2022（01）.

[3]顧曉卓.某MPV前門區域風噪嘯叫與密封優化分析[J/OL].應用聲學.https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2121.o4.20230310.1258.002.html.

[4]潘作峰，鄧玉偉，郝耀東等動.態密封狀態下汽車風噪性能不確定性研究[J].汽車工程. 2021， 43（11）.

[5]孫飛，梁波，劉建偉等.汽車車門密封性能控制與風噪聲改善[J].噪聲與振動控制. 2015，35（05）.

熊? ?輝

畢業于大連理工大學，車輛工程專業，碩士學歷，現就職于奇瑞汽車股份有限公司，任車身開發主任工程師，工程師職稱。目前研究方向：車身安全、NVH、密封性能等內容，已發表文章《雙門轎車車身結構的乘員保護》《SUV白車身扭轉剛度的分析與優化》《行人保護發動機蓋鉸鏈研究》《轎車側門關閉NVH性能分析》等。

專家推薦語

康潤程

國家汽車質量檢驗檢測中心（襄陽）

NVH專業副總師? 研究員級高級工程師

本文針對汽車產生風噪原因進行了理論分析，指出在汽車側面的車門區域，空氣的負壓力會讓車門開閉件及密封系統產生一定的變形，造成路面噪聲及風噪聲泄露到駕駛艙內，對乘客產生干擾并感覺到不舒適。進行了開閉件的密封條的結構及風壓的影響研究，針對門洞密封條開展了試驗研究，得到了影響密封條密封性能的結構排序，并指導密封條設計，開展試驗驗證其有效。

全文結構完整，論點明確、理論較嚴謹、論據充分、邏輯性較強、可讀性強，有一定的實際應用價值。