乘用車關門聲品質正向設計開發研究

【摘要】為提升用戶關門操作使用體驗，對某款純電動汽車關門聲品質進行了正向設計開發。在產品定義階段，結合既有車型關門聲品質數據和對標車型的測試分析，設定關門聲品質的主、客觀評價目標，梳理影響關門聲品質的主要因素。在試制階段，運用NVH聲音檢測設備測試聲品質參數，并模擬用戶實際使用體驗進行主觀評價。針對試制階段聲品質評價結果存在的問題，通過增大車門洞密封條密封反力、控制車門密封間隙、優化車門鎖、增大車門玻璃夾持力等措施改善關門聲品質，主客觀評價結果表明，該車型關門聲品質達到產品定義目標。

關鍵詞：關門聲品質 最小關門速度 靜態關閉力 聲壓級 響度

中圖分類號：U463.8" "文獻標志碼：A" "DOI： 10.20104/j.cnki.1674-6546.20240190

Research on Top-Down Design and Development for Sound Quality

of Passenger Car Door Closing

Lin Xianghui1， Shu Xiaojun1， Ji Liang1， Mao Guangjun2， Kim Sun Gho1

（1. Polar Krypton Automobile （Ningbo Hangzhou Bay New Area） Co.， Ltd.， Ningbo 315336; 2. Geely Automobile Research Institute （Ningbo） Co.， Ltd.， Ningbo 315336）

【Abstract】In order to improve customer’s door closing experience， top-down design and development of the sound quality of an electric vehicle’s door closing are carried out. In the product design phase， target values about subjective and objective evaluation for door closing sound quality are set according to door closing sound quality data of the existing vehicle model and test analysis of the benchmarked model， the main parameters affecting the sound quality of door closing are summarized. In the prototyping stage， NVH sound detection equipment is deployed to test sound quality parameters and simulate user experience for subjective evaluation. For the problems revealed in the sound quality evaluation results in the prototyping stage， sound quality has been improved by adopting the following measures： increasing seal reaction force in the door seal strip， controlling door seal gap， optimizing door lock and increasing door window holding force， etc. Subjective and objective evaluation results show that door closing quality of this model has achieved the product definition objective.

Key words： Door closing sound quality， Minimum closing speed， Static closing force， Sound pressure level， Loudness

【引用格式】 林祥輝， 舒曉俊， 姬亮， 等. 乘用車關門聲品質正向設計開發研究[J]. 汽車工程師， 2025（1）： 43-48.

LIN X H， SHU X J， JI L， et al. Research on Top-Down Design and Development for Sound Quality of Passenger Car Door Closing[J]. Automotive Engineer， 2025（1）： 43-48.

1 前言

汽車關門聲品質直接影響用戶使用體驗，國內外整車制造商、高校等圍繞關門聲品質的影響因素、預測模型及評價方法等進行了廣泛研究[1]，但對于整車研發過程中聲品質正向設計開發的研究較少。

本文針對某款純電動汽車開展關門聲品質正向設計開發。在車型產品定義階段，通過測試分析對標車型關門聲品質的數據，并對比本企業既有相關數據，設定關門聲品質目標。同時，結合理論分析及開發經驗，梳理關門聲品質的影響因素[2-3]。在車型開發階段，運用主觀評價和客觀測試相結合的方法對聲品質進行評價[4]，并針對聲品質優化提出改進措施，以期為用戶提供舒適、悅耳、有品質感的使用體驗[5]。

2 關門聲品質主客觀目標設定

在開發初期，根據車型的市場定義，選擇在售車型中同等價位區間或者高一級別價位區間的一款或多款車型進行關門聲品質主觀評價和客觀測試，結合已有聲品質樣本數據及評價標準，綜合考慮后設定關門聲品質的主觀評價目標，如表1所示。

關門聲品質主觀評價反映用戶的使用體驗，需進行客觀量化，轉換為工程設計參數作為設計依據。通過查閱大量文獻并結合已有量產車型開發經驗，本文設定的聲品質客觀評價指標包括：聲壓級、主沖擊時間、低頻延續時間、聲音響度、聲音尖銳度、最小關門速度、靜態關閉力[6-9]。關門聲品質客觀評價指標及本文車型的目標設定分別如圖1、表2所示。

3 關門聲品質主要影響因素

手動開關車門過程中，聲振現象復雜，具有時間短、頻率范圍寬的特點，是一種非線性、耦合性強的瞬態沖擊振動和噪聲[10-11]。關門聲品質的影響因素包括車門模態、車門附件及鎖扣安裝點動靜態剛度、車門鎖聲品質等。在這些因素都符合企業相關標準的前提下，關門力度對關門聲品質影響很大[12]，通常要實現關門，施加在車門上的關門能量必須大于相應車門系統的最小關門能量，而最小關門能量與最小關門速度和靜態關閉力有關（依據能量守恒定律，多余的關門能量以摩擦生熱、振動和聲音的形式釋放），因此，本文主要圍繞最小關門速度和靜態關閉力進行分析、設計及優化。

3.1 最小關門速度

最小關門速度是指任一車門（前門或后門）在其余三門（包括天窗系統）及車窗玻璃處于全升狀態下關閉車門所需的最小速度。設計狀態最小關門速度為：

V=L·ω （1）

其中，車門角速度ω為：

ω=（2E/I）1/2 （2）

式中：L為關門施力點與車門鉸鏈軸線的距離（車門寬度），E為轉動能量（關閉能量），I為車門轉動慣量。

由式（1）、式（2）可知，車門關閉速度與車門關閉能量和車門轉動慣量相關。其中，車門關閉能量與車門鉸鏈選型和布置方式、限位器選型和功能設計、車門鎖體鎖舌嚙合行程、密封條截面形狀和壓載、車門系統質量和質心X向坐標有關，車門轉動慣量與車門幾何形狀、車門系統質量、質心位置有關。

本文車型車門最小關閉速度理論計算所需參數，如表3所示，前、后門最小關閉速度計算結果分別為0.928 m/s、1.046 m/s，滿足最小關門速度設計要求。

3.2 靜態關閉力

靜態關閉力是指將車門處于半鎖前狀態（完全打開狀態），在外開手柄靠近側門邊緣處緩慢施加力（力的方向為其法線方向），使側門處于完全鎖止時的最小力。靜態關閉力Fs的計算公式為：

[Fs=FlL1+FcL2L3] （3）

式中：Fl為鎖自身的全鎖力，L1為鎖嚙合點與車門鉸鏈軸線的距離，Fc為車門關閉狀態下密封系統的總反力，L2為密封系統與車門鉸鏈軸線的等效距離，L3為關閉力施力點與車門鉸鏈軸線的距離。

由式（3）可知，靜態密封總反力與車門寬度、車門鉸鏈選型和布置位置、鎖體選型和布置位置、密封條壓載和截面選型、車門外開手柄的選型和布置位置有關。本文車型前、后門靜態關閉力理論計算結果分別為310 N、290 N，滿足靜態關閉力設計要求。

4 試制階段關門聲品質主客觀評價

4.1 關門聲主觀評價

聲品質的主觀評價以聽審團評價的方式進行。目前，評價方法主要有排序法、等級評分法、成對比較法和語義細分法，根據不同的評價任務選擇與之相適應的評價方法可以得到更為準確可靠的評價結果[13]。本文選用等級評分法，邀請15位評價人員，包括4位專家、7位專業工程師、4位用戶代表，評價人員中女性5位、男性10位，年齡在22～55歲范圍內。在消聲室對試制階段樣車進行主觀評價，設置關門速度為1.2 m/s，評價結果如表4所示。

4.2 關門聲客觀評價

本文以聲壓級、主沖擊時間、低頻延續時間、響度、尖銳度、最小關門速度和靜態關閉力作為關門聲品質客觀評價指標和試制階段樣車測試優化措施的評價依據[14-15]。其中，聲壓級是目前聲學評判的主流標準之一，響度用于描述人耳對聲音強度的主觀感受，尖銳度表征高頻成分在頻譜中所占的比例，反映人耳對聲音的不適程度。

在背景噪聲小于20 dB（A）、頻率小于50 Hz的半消聲室內布置傳感器進行關門聲品質測試。關車門操作由專業試驗人員完成，在車門某一區域施力，由速度計測量關門速度，保證車門的關閉速度在1.2 m/s左右，車門關閉過程中采集測點的噪聲信號，采樣頻率不低于20 480 Hz。右前、右后門關門聲測試結果如圖2、圖3所示，評價結果如表5所示。

4.3 評價結果分析

由表4、表5可知，試制車關門聲品質主客觀評價結果基本未達標。聽審團主要反饋關門聲響度大、聲音不緊湊、有“哐哐”聲、缺少沉悶感。客觀評價數據顯示，最小關門速度偏小，表明通過車門鎖體與鎖扣碰撞釋放的關門能量增大，導致車門鎖體棘爪與鎖扣的撞擊力度增大，棘爪與其周邊零件的碰撞加劇，對關門聲的聲音響度、聲壓級、主頻沖擊時間、低頻延續時間、聲音尖銳度等都不利，與實測數據相符。

圖2a、圖3a還反映了實車關門聲品質存在其他問題：關門時出現三次撞擊，鎖的二次撞擊較明顯，聲音不緊湊；聲音沉悶感不足，低頻能量在關門總能量中占比偏低；玻璃出現輕微振響。

5 關門聲品質改善措施

為解決上述問題，經研究分析，采取如下優化措施：

a. 增大車門洞密封條密封反力：實測車門洞密封條壓縮負載變形（Compression Load Deflection，CLD）曲線，發現其壓載不足，通過優化密封條截面，調整擠出工藝口模，使壓載力由70 N/m增大至90 N/m；在B柱、C柱區域及車門鎖下部門檻區域門洞密封條中添加泡管。

b. 控制車門密封間隙：將內間隙由17.5 mm±1.5 mm調整為17.5 mm±1.2 mm，其中車門鎖、鉸鏈等重點管控區域間隙要求16.3～18.0 mm加嚴控制，并逐車檢驗。

c. 優化車門鎖：棘輪在半鎖、全鎖位置增加包塑，減輕撞擊振動；棘爪桿增加包塑，減少金屬間的摩擦；棘輪緩沖塊限位筋加厚約1.2 mm，降低回位時撞擊鎖扣聲響。

d. 增加車門玻璃的夾持力：優化水切截面，增加內、外水切壓載10～20 N/m；玻璃升降器夾持塊中塑料嵌件增加凸點，且其與玻璃導軌間的間隙由0.1 mm減小至干涉0～0.1 mm。

上述措施實施后，隨機抽檢量產車輛，在消聲室開展實車測試，主、客觀評價結果明顯改善，主觀評價得分和客觀評價指標已達到產品定義目標，如表6、圖4、圖5、表7所示。

6 結束語

本文對關門聲品質開發進行了研究，得到以下結論：

a. 最小關門速度和靜態關閉力是影響關門聲品質的主要因素，可通過對其進行優化提升關門聲品質。

b. 車門鎖體是影響關門聲品質的次要因素，優化鎖體結構可以較好地提高關門聲緊湊感，增強聲音的沉悶感。

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（責任編輯 白 夜）

修改稿收到日期為2024年8月19日。