電動側門聲音品質優化方法研究

馬保林 俞克勝 劉書展 權高賽 高曉艷

摘? 要：在新四化背景下，電動側門作為智慧進出的一種解決方案，其聲音品質是評價該系統性能的一種關鍵指標。

本研究明確了電動側門聲音品質的評價標準，在傳統手動側門聲音品質基礎上增加了電驅動機構產生的噪音，評價指標包含：響度、尖銳度、調制度、聲壓級等。在數據設計階段，對車門進行有限元分析，通過優化鈑金結構或增加結構膠等方式，為電動門聲音品質的優化奠定基礎。其次以電機、齒輪類型及材料、潤滑脂、開關門速度、電磁阻尼系統以及懸停方式控制邏輯等為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為指標進行試驗，分析結果顯示各組件對系統有不同程度影響。實際應用中，需綜合考慮這些因素，以實現最佳的噪音控制效果，提升電動門的整體性能。

關鍵詞：電動執行器；噪音優化

中圖分類號：U463.82? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2024）03-0050-05

Research on Sound Quality Optimization Methods for Power Side Doors

Abstract： Under the new four modernizations， the sound quality of power side doors， as a solution for smart ingress and egress， is a kind of key index for evaluating the performance of this system.

Evaluation criteria for the sound quality of power side doors are clarified in this study， and the noise generated by the electric drive mechanism is added on the basis of the sound quality of the traditional manual side doors， and the evaluation indexes contain： loudness， sharpness， modulation， and sound pressure level. In the data design stage， finite element analysis of the door is carried out to lay the foundation for the optimization of the sound quality of the power door by means of optimizing the sheet metal structure or increasing the structural rubber. Secondly， the motor， gear type and material， grease， opening and closing door speed， electromagnetic damping system and hover mode control logic as test factors， sound pressure level， loudness， sharpness as indicators for the test， the analysis results show that each component has different degrees of influence on the system. In practical application， these factors need to be considered comprehensively to achieve the best noise control effect and enhance the overall performance of the power door.

Key Words： Power Door Actuator; Noise Optimization

前? ? 言

新四化背景下，顧客對車輛智能化的需求不斷提升，車輛從簡單的交通代步工具發展到現在集智能控制、網聯通信、共享服務一體的移動終端和第三空間。智能電動側門系統作為整車智能化的組成部分，為顧客提供了舒適、科技的進出體驗，其聲音品質表現是影響消費者的重要因素。本文通過執行器結構優化、開關門控制策略調整等措施對電動側門聲音品質進行試驗和驗證并取得了良好效果。

1? ? 電動側門聲音品質概況

電動門系統一般包含如下組件：控制模塊總成、電動執行器總成、障礙物探測系統、電吸合/釋放鎖總成、車門總成、線束等。

電動開關門聲音評價主要涉及兩個方面：噪音水平和聲音質量。

智能電動門開關門聲音品質包含開門過程、關門過程、懸停啟動、鎖吸合回位所產生的噪音，與傳統手動門關門音品質有相同部分也有顯著差異；傳統手動關門音品質是指鎖舌與鎖扣接觸到鎖止這“一瞬間”產生的噪音，好的關門音品質是聲音小、輕、沉悶、厚重、無雜音、無異響；智能電動門聲音品質在傳統手動門聲音品質基礎上增加了電驅動機構產生的噪音，與傳統手動關門音顧客感受都可用心理聲學評價，評價指標包含：響度、尖銳度、調制度、聲壓級等。好的電動門聲音品質與傳統手動門聲音品質類似，追求小、輕、低沉、無雜音、無異響、無波動。

響度：是人耳對聲音總體響亮程度的心理聲學指標。

尖銳度：是衡量聲音中高頻成成份多少的心理聲學指標。

調制度：是兩個不同頻率和/或不同幅值的波疊加后的效果。

聲壓級：是指聲音的強度或振動的幅度，通常用分貝（dB）來表示。

在評價開關門聲音時，目前有兩種方式，第一種可以使用專業的聲學儀器進行測量如圖2。第二種可以通過人耳進行主觀評價。一般來說，噪音水平和聲音質量都是重要的評價指標，需要綜合考慮。

2? ? 側門噪音的影響因素分析

2.1? ?電動執行器

電動執行器是電動門系統關鍵噪音源。執行器通常包括驅動模塊（電機）、減速模塊、傳動模塊（推桿與絲桿、齒輪箱、減速箱）、電磁阻尼模塊、機械結構等組成，各模塊及模塊之間的配合是否合理，影響到開關門的聲音品質，如圖3所示，將所述幾個方面進行試驗研究。

2.2? ?系統控制策略

在控制策略中，影響車門運行聲音的因素主要有開關門速度、懸停方式等。

開關門速度：車門在開閉過程中的噪音和開關速度有關。通常開關門噪音與開關門速度成正比，車門快速打開或關閉時電機轉速和扭矩增加，同時噪音增加。所以，產品開發過程中，在滿足客戶體驗感受的前提下，應盡可能降低車門的關閉速度。

懸停方式：車門開啟到任意位置停止，為保持車門懸停，可采用電磁阻尼吸合或者電機反向電動勢保持懸停。若采用電磁阻尼懸停，會產生吸合釋放音。

門鎖控制：通常電動門系統包含自吸合鎖，鎖自吸合時吸合電機的PWM值越高，吸合時間和回位時間越長，音品越差。

2.3? ?密封系統

密封系統：設定合理的壓載，壓縮曲線平滑無突變，減少壓縮力對壓縮量的敏感程度，同時可減小因制造誤差導致的密封反力變化。

2.4? ?車門模態

車門模態較低易引起低頻振動，放大聲音分貝值并產生雜音，合理的車門模態是聲音品質設計不可缺少的考查因素。

3? ? 聲音品質優化

3.1? ?電動執行系統

3.1.1 驅動系統（電機）

不同類型和規格的電機在運行時產生的噪音水平不同，一般來說，直流電機和異步電機的噪音相對較小，而同步電機的噪音相對較大。此外，電機的功率、轉速、負載等因素也會影響噪音水平。在選型過程中，需要根據具體的應用場景和要求，綜合考慮電機的噪音水平和其他性能指標，選擇合適的電機類型和規格。

表1是以不同電機為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為試驗指標進行試驗，試驗結果表明，不同的電機會對噪音產生不同的影響，如果對噪音要求較高，可以選擇低噪音型電機。

3.1.2 傳動系統

傳動系統影響執行器噪音的因素主要有齒輪的類型及材料、齒輪配合處潤滑油的使用等方面。

（1）齒輪類型：從傳動平穩和噪聲低的角度出發，斜齒輪重合度高，嚙合綜合剛度的變化比較平緩，噪聲比直齒輪低，斜齒輪中漸開線斜齒輪噪聲最低，其次是單圓弧齒輪，雙圓弧齒輪最差；

（2）齒輪材料：一般來說，用衰減性能好的材料制造齒輪，可使噪聲降低。但衰減性能好的材料強度均不高，影響齒輪加工精度。齒輪材料對執行器關門聲音的影響主要包括以下幾個方面：硬度、耐磨性以及精度。

硬度：齒輪材料的硬度越高，傳遞動力時產生的噪音就越大。因此，在選擇齒輪材料時，需要考慮到硬度和噪音之間的平衡。

耐磨性：耐磨性越好的齒輪材料，使用壽命就越長，同時也能夠減少因磨損而產生的噪音。

精度：齒輪材料的精度越高，傳遞動力時的誤差就越小，從而減少噪音的產生。

以不同的齒輪材料為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為試驗指標進行試驗，試驗結果表明，選擇合適的齒輪材料可以有效地降低執行器關門聲音。在實際應用中，需要根據具體情況綜合考慮材料的性能和成本等因素。

（3）齒輪配合處潤滑油使用，一般來說，噪聲隨油量和油的粘度增大而變小。

以齒輪箱添加油脂為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為試驗指標進行試驗，試驗結果得知在工藝可行的前提下，盡量增加齒輪箱油脂使用量可以適當降低噪音。

3.1.3 機械結構增加吸音棉

吸音棉是一種用于吸收聲音的材料，通常用于隔音、吸音和降噪等方面。吸音棉的主要作用是通過其多孔性結構和纖維材料來吸收聲波，并將其轉化為熱能或其他形式的能量，從而減少聲音的反射和傳播。

以吸音棉為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為試驗指標進行試驗，通過增加吸音棉試驗得知，開門時，聲音降低0.5dB；關門時，聲音降低0.4dB；若布置空間允許，建議增加吸音棉。

3.2? ?電動執行系統控制策略

3.2.1 降低車門開關門速度

降低開關車門速度可以減少電機轉速、負載和機械部件的運動沖擊力和摩擦力，從而降低噪音水平。此外，降低開關車門速度還可以減少噪音的峰值水平；但是過長的開關門時間會降低客戶的體驗。

以不同開關車門速度為試驗因素，聲壓級、響度、尖銳度為試驗指標進行試驗，試驗結果表明降低車門的開關門速度對車門噪音有明顯改善，在不影響客戶體驗的前提下優化開關門速度，可降低側門噪音。

3.2.2 電磁阻尼系統控制

制動器電磁阻尼片在電磁阻尼盤上產生振動和噪音，尤其是在高速運轉時更為明顯，合理減小吸合電壓可以降低制動噪音。

吸合電壓過高，會導致電磁線圈產生的磁場強度過大，從而使執行器的制動速度過快，產生較大的沖擊力和噪音。

以電壓不同大小為試驗因素，吸合噪音為試驗指標進行試驗，試驗結果表明，吸合噪音與電壓成正比，吸合噪音隨電壓升高而升高，當電壓為2.5V時，吸合噪音均值為34.3dB，建議采用低壓2.5V吸合。

3.2.3 懸停方式軟件控制邏輯

車輛在平坡或者一定角度下，車門由運動到懸停不采用電磁阻尼系統控制，僅依靠電機反轉保持車門懸停，從而避免電磁阻尼系統摩擦的聲音。

3. 3? ?密封系統優化

在新產品研發初期通過理論計算以及仿真模擬，計算出系統密封反力，設計密封條壓載及配合截面，如圖4所示，在設計驗證階段對密封反力進行測量、驗證，并優化至設計狀態。

3.4? ?車門模態優化（仿真分析）

結構設計前期需借助CAE分析方法對車門模態進行仿真分析。

以某一款車型舉例說明，如圖5所示，模態分析得出車門內板局部模態32Hz，不滿足設計要求≥35Hz。

通過觀察應變能密度云圖，識別出應變能密度高的部位、即內板中間區域要加強。內板中間區域鈑金通過增加加強筋、調整加強筋排列方向等優化措施之后，重新對車門內板進行分析，車門內部局部模態提升為40Hz，滿足≥35Hz的要求。

由于零部件與零部件之間的連接處往往是模態性能薄弱的區域，因此強化零部件之間的連接也是提升車門模態的重要途徑。

4? ? 結論

綜上所述，在數據設計階段對車門進行有限元分析，通過優化鈑金結構或增加結構膠等方式滿足車門模態設計目標，為確保電動門聲音品質奠定基礎；其次在設計驗證階段，通過對電動執行器各組件進行試驗驗證，不同電機、齒輪類型及材料、齒輪潤滑油、開關門速度、電磁阻尼系統、懸停方式控制邏輯均會對噪音產生不同的影響，最后在實際應用中，需要根據具體情況綜合考慮這些因素，以達到最佳的噪音控制效果。

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