王 榮 高志雙

吉利汽車研究院(寧波)有限公司 浙江寧波 315336

1 分析背景

客戶在現(xiàn)場(chǎng)挑選車輛時(shí),第一步的操作往往是開(kāi)關(guān)車門,關(guān)門聲品質(zhì)會(huì)直接影響用戶對(duì)一臺(tái)車的主觀感受,包括高檔與低檔、運(yùn)動(dòng)感與舒適感、悅耳與沉悶等。由此,關(guān)門聲品質(zhì)越來(lái)越受到汽車制造業(yè)界的重視,研究?jī)?nèi)容包括主觀評(píng)價(jià)、客觀衡量指標(biāo)、特定聲品質(zhì)的實(shí)現(xiàn)等[1-3]。

美國(guó)福特汽車公司采用尖銳度、響度、振顫等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)關(guān)門聲品質(zhì)。尖銳度是噪聲頻率分布的度量,反映了高頻段與低頻段聲音成分的比例關(guān)系。響度是聲音強(qiáng)度的度量,考慮了特征頻帶分布和人耳的掩蔽效應(yīng)對(duì)聲音的影響。振顫反映了車門關(guān)閉首次沖擊時(shí)產(chǎn)生音調(diào)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度[4-6]。除了以上客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)外,往往還要進(jìn)行主觀評(píng)價(jià),主觀評(píng)價(jià)從1分到10分進(jìn)行評(píng)分。

關(guān)門聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)評(píng)分見(jiàn)表1。

表1 關(guān)門聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)評(píng)分

1分到4分表明關(guān)門聲品質(zhì)差,絕大多數(shù)客戶無(wú)法接受。5分、6分為過(guò)渡階段,部分客戶可接受,而另一些客戶無(wú)法接受,所以6分為及格線。7分及以上表示關(guān)門聲品質(zhì)比較好,大部分客戶都可以接受。10分表示關(guān)門聲品質(zhì)非常好,無(wú)可挑剔,人們對(duì)這種聲音有極大的滿足感[7-9]。

影響關(guān)門聲品質(zhì)的因素很多,主要包括關(guān)閉力、關(guān)閉速度、車門密封條剛度、鎖性能、鉸鏈與限位器布置及性能、鈑金件剛度、車門內(nèi)間隙、氣流場(chǎng)路徑等。設(shè)計(jì)初期,可以通過(guò)控制以上因素提升關(guān)門聲品質(zhì),主要措施包括四方面。第一,控制鉸鏈位置及結(jié)構(gòu)形式。鉸鏈與限位器集成一體,更加有助于減小關(guān)閉力,而減小關(guān)閉力可有效降低壓耳感。第二,提升密封條截面形狀、剛度和布置,有助于提升關(guān)門聲品質(zhì),改善關(guān)門振顫情況。第三,提升車門鈑金件的剛度。車門的模態(tài)對(duì)關(guān)門聲品質(zhì)及關(guān)門抖動(dòng)問(wèn)題可以起到較大影響。第四,優(yōu)化車門內(nèi)間隙,改善氣流場(chǎng)環(huán)境,從而提升關(guān)門聲品質(zhì)。

年款及小改款車型模具與布置基本確定,無(wú)法大范圍對(duì)車身及車門結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改。對(duì)此,通過(guò)在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾咏Y(jié)構(gòu)阻尼塊,來(lái)提升側(cè)門模態(tài)及窗框剛度,為改善關(guān)門振顫,提升關(guān)門聲品質(zhì)提供了一種新思路。筆者對(duì)此進(jìn)行分析。

2 結(jié)構(gòu)阻尼塊仿真模型

以某款車型后門為例,實(shí)車感知車門在關(guān)閉過(guò)程中窗框抖動(dòng)明顯。經(jīng)計(jì)算機(jī)輔助工程軟件仿真,發(fā)現(xiàn)窗框剛度較低。增加結(jié)構(gòu)阻尼塊后,窗框剛度提升明顯。隨后進(jìn)行的噪聲、振動(dòng)、聲振粗糙度指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)阻尼塊可有效抑制關(guān)門振顫,在同等關(guān)門速度下,振幅減小約20%。由此建立了車門振顫與窗框剛度的等效關(guān)系。

結(jié)構(gòu)阻尼塊由骨架、發(fā)泡膠構(gòu)成。骨架一般是塑料材質(zhì),可以設(shè)計(jì)為不同結(jié)構(gòu)形式。發(fā)泡膠膨脹后將骨架與鈑金件緊密接合,起到提升結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度的作用[10]。結(jié)構(gòu)阻尼塊仿真模型如圖1所示,鈑金件與膠、膠與骨架之間采用共節(jié)點(diǎn)或RBE3進(jìn)行連接。

圖1 結(jié)構(gòu)阻尼塊仿真模型

3 車門仿真模型建立

計(jì)算機(jī)輔助工程軟件分析車門窗框剛度的模型包括白車門及鉸鏈總成,取正常關(guān)閉位置,分三種工況進(jìn)行約束。

工況1為約束車身側(cè)鉸鏈安裝點(diǎn)SPC123456,側(cè)門鉸鏈繞鉸鏈軸自由旋轉(zhuǎn),鎖約束SPC2356,但允許繞鎖扣旋轉(zhuǎn),如圖2所示。

圖2 工況1

工況2為約束車身側(cè)鉸鏈安裝點(diǎn)SPC123456,側(cè)門鉸鏈繞鉸鏈軸自由旋轉(zhuǎn),鎖約束SPC2356,但允許繞鎖扣旋轉(zhuǎn),緩沖塊約束SPC2法向,如圖3所示。

圖3 工況2

工況3為約束車身側(cè)鉸鏈安裝點(diǎn)SPC123456,側(cè)門鉸鏈繞鉸鏈軸自由旋轉(zhuǎn),鎖約束SPC2356,但允許繞鎖扣旋轉(zhuǎn),窗框下端約束SPC123456,如圖4所示。

圖4 工況3

三種工況的加載采用同一種方法,即在窗框上均勻選取加載點(diǎn),在25 mm×25 mm范圍內(nèi)用RBE2連接,分別在耦合點(diǎn)施加100 N力,方向指向車門外側(cè)。

測(cè)量加載點(diǎn)在對(duì)應(yīng)加載力方向下投射到車門外板處點(diǎn)的位移,則可以得到窗框剛度。窗框剛度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為工況1大于30 N/mm,工況2大于40 N/mm,工況3大于70 N/mm。

4 增加結(jié)構(gòu)阻尼塊對(duì)車門窗框剛度影響

計(jì)算機(jī)輔助工程仿真發(fā)現(xiàn),車門B、C、D、E位置窗框剛度小,不滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。在實(shí)車感知中,B、C、D、E區(qū)域的關(guān)門抖動(dòng)明顯。分析結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),這一區(qū)域支撐不足。在適當(dāng)位置增加結(jié)構(gòu)阻尼塊,進(jìn)行仿真分析,如圖5所示。

圖5 增加結(jié)構(gòu)阻尼塊位置

增加結(jié)構(gòu)阻尼塊后,車門窗框剛度明顯提升,結(jié)果見(jiàn)表2、表3、表4。尤其是位置1處的結(jié)構(gòu)阻尼塊,對(duì)窗框剛度的貢獻(xiàn)量很大?？紤]到成本問(wèn)題,僅增加位置1的結(jié)構(gòu)阻尼塊進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。

表2 僅增加位置1結(jié)構(gòu)阻尼塊剛度提升結(jié)果

表3 制動(dòng)力測(cè)試結(jié)果

表3 僅增加位置2結(jié)構(gòu)阻尼塊剛度提升結(jié)果

表4 增加位置1、2結(jié)構(gòu)阻尼塊剛度提升結(jié)果

5 噪聲、振動(dòng)、聲振粗糙度指標(biāo)試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)車輛如圖6所示。試驗(yàn)車輛狀態(tài)為空調(diào)內(nèi)循環(huán),測(cè)試設(shè)備采用八通道便攜式數(shù)據(jù)采集器、關(guān)門速度傳感器和分析軟件。

圖6 試驗(yàn)車輛

1.2 m/s關(guān)閉速度下,車門窗框右上角的窗框振顫曲線如圖7所示,對(duì)應(yīng)位置D,g為重力加速度。試驗(yàn)結(jié)果顯示,增加結(jié)構(gòu)阻尼膠塊之后,振動(dòng)幅值減小明顯。增加結(jié)構(gòu)阻尼塊前后,在1.2 m/s的關(guān)閉速度下,車內(nèi)外耳感知到的響度、聲壓級(jí)、尖銳度的變化情況依次如圖8、圖9、圖10所示。

圖7 車門窗框振顫曲線

圖8 響度變化

圖10 尖銳度變化

增加結(jié)構(gòu)阻尼塊前后,關(guān)門聲品質(zhì)變化情況對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 關(guān)門聲品質(zhì)變化對(duì)比

試驗(yàn)表明,增加結(jié)構(gòu)阻尼塊有效抑制了關(guān)門振顫,對(duì)關(guān)門聲品質(zhì)的其它指標(biāo)也有貢獻(xiàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)構(gòu)阻尼塊能有效提升車門剛度、模態(tài)、碰撞安全性能,近年來(lái)正在整車上得到廣泛使用。筆者通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助工程軟件仿真及試驗(yàn),從兩個(gè)方面驗(yàn)證了增加結(jié)構(gòu)阻尼塊對(duì)提升關(guān)門聲品質(zhì)的有效性,為汽車車門設(shè)計(jì)和優(yōu)化車門性能提供了新思路。