張永利

(安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601)

隨著人們生活的提高，人們對生活品質(zhì)的要求也越來越高。汽車已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的交通出行工具，人們對汽車的NVH性能要求也越來越苛刻[1]。玻璃升降器是汽車重要的汽車零部件之一，是汽車車門玻璃的升降裝置，可根據(jù)乘客或駕駛?cè)藛T的需求對車窗玻璃進行操控——開啟、關(guān)閉，來控制車窗的任一開度。車窗玻璃開關(guān)產(chǎn)生的噪聲也備受關(guān)注，尤其是玻璃升降時聲音的品質(zhì)。所以，如何提高車門玻璃升降聲品質(zhì)的問題，越來越被主機廠所關(guān)注。

近年來，有關(guān)對汽車聲品質(zhì)的研究越來越多，為了提高車門玻璃升降的聲品質(zhì)，丁祎等[2]以轎車車門玻璃升降器為研究對象，開發(fā)了車門玻璃升降器智能化軟件；高大威等[3]提出了基于雙曲率玻璃參數(shù)化模型的優(yōu)化方法；潘坡等[4]通過運用有限元工具優(yōu)化密封條結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了改善玻璃升降聲品質(zhì)的目的。而對汽車聲品質(zhì)評價參數(shù)和方法開展的研究較多：楊川等[5]針對汽車關(guān)門聲品質(zhì)評價問題，提出一種基于偽WIGNER-VILLE分布的聲品質(zhì)評價參數(shù)，該參數(shù)能準確地評價汽車關(guān)門聲品質(zhì)；王長山等[6]對汽車關(guān)門聲品質(zhì)評價方法進行了研究，并建立了關(guān)門聲品質(zhì)的模型。這些研究主要從玻璃升降器的設(shè)計、玻璃升降噪聲的來源、玻璃聲品質(zhì)評價的參數(shù)等對車門玻璃升降的聲品質(zhì)進行了大量的研究。然而，基于玻璃升降安裝點動剛度研究的報道卻較少。本文從玻璃升降器安裝點動剛度著手，研究基于動剛度的玻璃升降產(chǎn)生的噪聲聲品質(zhì)的問題，從而為玻璃升降器的設(shè)計，能更好地滿足NVH性能設(shè)計要求和滿足消費者的需求，起到十分重要的支撐作用。

1 玻璃升降器安裝點動剛度的定義及其意義

安裝點動剛度，對于該總成或部件來說十分重要。所謂的動剛度指結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷作用下抵抗變形的能力。玻璃升降器在車門上的安裝點動剛度指的是玻璃升降裝置(包括導(dǎo)軌、玻璃升降電機)安裝點的動剛度，也就是這些安裝點的原點動剛度，即激勵點和響應(yīng)點是同一點，那么得到的剛度就是原點動剛度[7]。安裝點動剛度是一個隨系統(tǒng)頻率變化的值，而不是一個固定的值，安裝點動剛度Kd的計算公式如(1)式所列。

(1)

其中，K為安裝點位置的靜剛度；m為系統(tǒng)的質(zhì)量。

從式(1)可以看出，安裝點動剛度越弱，模態(tài)頻率越低，就越容易被外界的激勵激起，產(chǎn)生共振；安裝點動剛度越強，模態(tài)頻率越高，其抵抗動態(tài)載荷作用產(chǎn)生的形變越強。但是，在進行車輛零部件安裝點動剛度設(shè)計時，動剛度越大，好處越多，卻增加了總成或零部件的重量、浪費了材料、增加了成本。因而，再設(shè)計過程中，要考慮成本的因素，根據(jù)安裝點的不同，進行相應(yīng)的動剛度設(shè)計，節(jié)約成本避免浪費。

當(dāng)靜剛度K=4mπ2f2時，動剛度處于最小值。對于安裝點動剛度來說，控制安裝點的靜剛度，就能夠很好控制安裝點的動剛度。

當(dāng)系統(tǒng)沒有阻尼，即C=0時，此時的安裝點動剛度Kd可用式(2)進行表示。

Kd(f)=|K-4mπ2f2|

(2)

此時，動剛度與系統(tǒng)頻率平方、系統(tǒng)靜剛度成線性關(guān)系。

2 玻璃升降器安裝點結(jié)構(gòu)設(shè)計

玻璃升降器安裝在車門內(nèi)鈑金上，其作用就是根據(jù)操作人員的需求使玻璃升降在車窗的任意位置，主要分為叉臂式、繩輪式、軟軸式等[8]。為了能使玻璃升降器很好地工作，玻璃升降器一般安裝在車門上。以某款轎車的后門玻璃升降器為例，該玻璃升降器為繩輪式，在車門內(nèi)鈑金上的安裝點主要包括玻璃升降導(dǎo)軌安裝點(2個安裝點)、渦輪機構(gòu)和驅(qū)動電機(以下簡稱驅(qū)動電機)安裝點(1個安裝點)。方案1是3個安裝點的具體設(shè)計位置(圖1)，玻璃升降導(dǎo)軌安裝點與驅(qū)動電機的安裝點不在同一個平面上，通過沖壓工藝，在車門內(nèi)鈑金上沖壓一條類似于歪“W”抹掉一角的凹槽，玻璃升降導(dǎo)軌上安裝點和下安裝點位于此凹槽內(nèi)；驅(qū)動電機安裝點位于玻璃導(dǎo)軌上安裝點和下安裝點之間。方案2是在方案1的基礎(chǔ)上，在歪“W”的凹槽內(nèi)三個安裝點的位置附近增加5個加強凹槽，目的就是增加3個安裝點的動剛度(圖2)。

圖1 門內(nèi)鈑金上玻璃升降器安裝點的設(shè)計布置圖

圖2 加強槽的位置圖

3 玻璃升降器聲品質(zhì)與安裝點動剛度測試分析

針對上述兩種設(shè)計方案，運用LMS的測試設(shè)備及數(shù)據(jù)分析軟件對玻璃升降器安裝點動剛度以及對玻璃升降時的噪聲進行測試。使用的測試設(shè)備和測試分析軟件由測試前端、筆記本電腦、力錘、振動傳感器、噪聲傳感器、一些傳感器用的信號線以及測試分析軟件等組成(表1)。

表1 測試設(shè)備與測試分析軟件

需要在試驗臺架上對玻璃升降器安裝點的動剛度和玻璃升降噪聲進行測試，也就是使車門處于相對的自由狀態(tài)。把車門安裝在帶有減振橡膠的臺架上，減振裝置安裝在車門鎖體的安裝點和兩個鉸鏈的安裝點上，使得車門的內(nèi)傾角度與整車安裝時的內(nèi)傾角一樣。用一帶有凹槽的橡膠裝置支撐在車門下端，避免試驗過程中車門晃動過大。

3.1 玻璃升降器安裝點動剛度測試與分析

安裝點動剛度的測試，就是把振動傳感器貼在靠近玻璃升降器安裝點的位置，并用力錘敲擊振動傳感器的附近位置(敲擊點盡可能靠近振動傳感器)，即可測得力與振動加速度之間的關(guān)系曲線(一般取20Hz～200Hz之間的曲線)，即安裝點動剛度曲線，取其等效均值當(dāng)作該點的動剛度值。表2列出了方案1和方案2相對應(yīng)安裝點動剛度對比。

從表2中可以看出，在方案1的基礎(chǔ)上增加5個凹槽得到的方案2，安裝點的動剛度均比方案1中相對應(yīng)的安裝點加強了。玻璃導(dǎo)軌下安裝點的動剛度增加的最多，增加了323N/mm；其次是驅(qū)動電機安裝點，動剛度增加了260N/mm；玻璃導(dǎo)軌上安裝點動剛度增加最少，增加了228N/mm。

表2 安裝點動剛度(單位：N/mm)

可見，增加安裝點的動剛度，并不意味著只是增加鈑金的厚度才能夠?qū)崿F(xiàn)；在安裝點附近增加凹槽，也能夠?qū)崿F(xiàn)增加安裝點動剛度的目的。

3.2 玻璃升降聲品質(zhì)測試與分析

玻璃升降器的聲品質(zhì)測試，就是把噪聲傳感器安裝在一可調(diào)高度和臂可伸縮的支架上，使得噪聲傳感器的高度與車窗玻璃中心的高度一致，并且噪聲傳感器與玻璃中心的距離為10cm。在玻璃上升和下降過程中，測試其噪聲，并通過ArtemiS軟件進行分析。

玻璃上升過程噪聲數(shù)據(jù)共分為三個階段：玻璃上升至與劈水條脫離階段、平穩(wěn)運行階段(玻璃脫離劈水條至與上尼槽接觸時)、上升至最高點撞擊階段。玻璃下降噪聲數(shù)據(jù)共分為三個階段：下降至玻璃與上尼槽脫離階段、平穩(wěn)運行階段(玻璃脫離上尼槽至與劈水條接觸時)、最低點撞擊階段。每個階段所經(jīng)歷的時間長短不同(圖3)。

從圖3中可以看出，上升過程中平穩(wěn)運行階段和上升至最高點撞擊階段的時間最長；下降過程中下降至玻璃與上尼槽脫離階段、玻璃平穩(wěn)運行階段的時間最長。

圖3 玻璃上升/下降過程的3個階段

對于玻璃升降聲品質(zhì)，重點研究了平穩(wěn)運行時的聲壓級、聲音的尖銳度以及聲音的響度；玻璃上升至與劈水條脫離階段/上升至最高點撞擊階段、下降至玻璃與上尼槽脫離階段/下降至最低點撞擊階段，重點研究聲音的峰值響度和峰值尖銳度。

表3給出了方案1和方案2所對應(yīng)的玻璃從最低點上升至最高點的聲品質(zhì)對比?？梢钥闯?，玻璃上升過程中的聲品質(zhì)，方案2的聲品質(zhì)比方案1的聲品質(zhì)均有不同程度的提高。第三階段峰值響度降低的最多，比方案1降低了約20.78%，峰值尖銳度降低了5.78%。第一階段的峰值尖銳度降低的最多，為0.19acum，方案2比方案1降低了8.76%。

表3 玻璃從最低點上升至最高點的聲品質(zhì)對比

表4給出了方案1和方案2所對應(yīng)的玻璃從最高點下降至最低點的聲品質(zhì)對比?？梢钥闯?，玻璃下降過程中的聲品質(zhì)，方案2的聲品質(zhì)比方案1的聲品質(zhì)，除了第二階段的噪聲性能沒有

提升外，其他聲品質(zhì)均有較大的提升。而第二階段平均響度降低的最多，降低了1.73soneGF；第一階段聲品質(zhì)降低較第一階段少些，峰值響度也降低了1.16soneGF。

表4 玻璃從最高點下降至最低點的聲品質(zhì)對比

4 結(jié)論

本文對兩種不同方案的車門玻璃升降器安裝點動剛度、玻璃上升與下降時的聲音品質(zhì)進行測試分析，嘗試著從中找到安裝點動剛度對玻璃升降聲品質(zhì)影響的大小。

(1)方案2的玻璃升降器安裝點動剛度比方案1高，約是方案1的1.6倍；在不增加重量的前提下，通過增加凹槽的方式，增加安裝點動剛度也是一種行之有效的方法。

(2)安裝點動剛度的增強對平穩(wěn)運行階段聲壓級的降低起到的作用較少，最多降低僅有2.14%；但是對平穩(wěn)運行階段平均響度和峰值尖銳度降低的較多，最大可降低15.70%。

(3)安裝點動剛度的增強，使得玻璃升降第一階段和第三階段聲品質(zhì)的提升較大；尤其是大大提升了玻璃升降器上升階段玻璃至最高點撞擊時的聲品質(zhì)。