汽车车门密封性能控制与风噪声改善

Vol35No.5Oct.2015噪声与振动控制NOISEANDVIBRATIONCONTROL第35卷第5期2015年10月文章编号：1006-1355(2015)05-0082-05汽车车门密封性能控制与风噪声改善孙飞1,2，梁波1,2，刘建伟1,2，王智乾1,2，赵权1,2(1.长城汽车股份有限公司技术中心,河北保定071000;2.河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000）摘要：汽车车门密封性能是整车风噪声水平的重要影响因素，分析汽车车门主要部件密封机理，提出相应泄漏控制方法；结合某款SUV车型后侧窗风噪“泄漏声”问题，通过车门密封优化，消除异常风噪声，主观评价及客观测试均达到改善目标。关键词：声学；风噪；泄漏声；密封；优化中图分类号：O422.6文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006-1335.2015.05.017SealPerformanceControlofAutomobileDoorsandWindNoiseReductionofVehiclesSUNFei1,2,LIANGBo1,2,LIUJian-wei1,2,WANGZhi-qian1,2,ZHAOQuan1,2(1.R&DCenterofGreatWallMotorCompany,Baoding071000,HebeiChina;2.AutomotiveEngineeringTechnicalResearchCenter,Baoding071000,HebeiChina)Abstract:Sealperformanceofautomobiledoorsisoneoftheimportantinfluencingfactorsforvehicle’swindnoiselevel.Inthispaper,thesealmechanismofmaincomponentsofautomobiledoorswasanalyzed.Therelevantmethodsfornoise-leakcontrolwerepresented.Takingthenoise-leakproblemofthereardoorofaSUVautomobile,theabnormalwindnoisewaseliminatedthroughthesealoptimizationofthedoor.Theimprovementtargetsinbothsubjectiveevaluationandobjectivetestingwereachieved.Keywords:acoustics;windnoise;leaknoise;seal;optimization一方面，随着人们对高速出行需求的增加，客户对汽车产品的高速行驶舒适性要求越来越严格；另一方面，汽车行业的白热化竞争迫使各汽车公司将性能提升列为首要任务。在此背景下，高速风噪声控制已经成为汽车NVH领域研究的热点和重点工作[1–3]。研究表明，车辆低速及中速行驶时，发动机、传动系噪声及轮胎噪声占主导地位；高速行驶时（车速超过80km/h），风噪声为主要噪声源[4]。依据向车内传递路径的不同，风噪声一般分为两种：一种是通过密封条及车身孔隙传入车内的“泄漏声”[5，6]，又称收稿日期：2015－01－01作者简介：孙飞(1984－)，男，山东聊城人，硕士，工程师.主要研究方向：汽车噪声、振动控制研究。E-mail:[e-mail]为气吸噪声[7，8]，是一种高速气流声，表现为“呲呲声”，使得人耳感受极不舒服，是风噪声的首要控制对象[9]；另一种是车辆与空气作用产生的脉动压力噪声通过车身及玻璃向车内辐射的噪声，与车体外造型直接相关。本文针对“泄漏声”控制，对车门系统主要密封结构及部件影响原理及性能进行分析改进，并通过对某款SUV车型进行车门密封优化，实现了后侧窗风噪声的优化改善。1车门密封影响因素及控制方法1.1车门密封条车门一般包括三道密封条设计：门密封条、门框密封条、辅助密封条。门密封条和门框密封条为车门主要密封结构，用来阻挡噪声、水及灰尘进入驾驶第5期室，一般车辆均设计有门密封条及门框密封条；辅助密封条又称为第三道密封条，可进一步对车门密封性能进行优化，提升车内声品质，主要包含门缝密封条、车门下部密封条等，可依据车辆设计理念进行选择性设计。三道密封条设计如图1所示。图1三道密封条设计示意图车门密封条属于动态密封结构，车辆行驶过程中，车门与车身由于自身刚度、模态等参数不同，在外部激励下产生不同的位移及变形，导致两者之间产生不断变化的间隙，当间隙值大于密封条压缩量时，便会造成密封失效，产生泄漏噪声。此外，车门与车身形成的外部缝隙空腔在高速气流作用下，也会产生空腔共鸣噪声。密封条泄漏噪声主要通过消除泄漏缝隙来控制，需确保以下两方面工作：一是车门与车身设计间隙应控制在适当的范围，在高速行驶状态下保证密封条密封效果；再者，密封条选材、截面设计及压缩载荷设计应满足动态密封要求。空腔共鸣噪声可通过识别噪声产生部位，添加辅助密封条来进行控制消除。1.2玻璃呢槽及水切玻璃呢槽按断面形式一般分为A/B/C/D/E等种类，水切分为内水切及外水切。玻璃呢槽及水切也属于动态密封结构，车辆高速行驶过程中，气流通过呢槽与玻璃、呢槽与导轨或窗框、水切与玻璃之间的缝隙连通车内外，产生泄漏噪声，尤其是呢槽不同断面搭接过渡区域，由于存在不平整现象，更容易产生泄漏。此外，呢槽与内水切之间的设计间隙也会成为泄漏噪声的重要传递路径。玻璃呢槽及水切泄漏噪声的控制，需确保以下工作：呢槽及水切选材、截面设计及压紧力设计应满足动态密封要求；呢槽与内水切搭接部位过盈设计或添加海绵条密封，消除设计间隙。1.3车门内板孔洞密封由于玻璃呢槽与外水切搭接间隙、车门排水孔、门把手无法做到完全密封，气流总会进入内外板之间空腔内，进而通过内板及内饰板缝隙连通车内外，因此车门内板的密封非常重要。车门内板通常会设计面积较大的减重孔以及一些定位孔、漏液孔等，一般采用粘贴PVC防水膜的方式进行密封，车门线束在防水膜上穿孔通过。该结构可以实现必要的防水效果，但密封隔声效果较差，可以通过在防水膜表面粘贴隔声材料，线束与防水膜交接处设计密封圈等措施进行改善。为了达到更好的密封隔声效果，一些欧系车型采用了一种新型内板密封方式——模块化结构，该结构以塑料板或铝板代替防水膜，配合密封条粘接或铆接于内板钣金上，线束及电器件与模块化板件结合处设计密封胶套，形成良好的一体化密封隔声结构设计，如图2所示。与防水膜设计相比，模块化结构密封隔声效果得到了很大提升，但成本及工艺要求相对较高。图2车门内板模块化结构1.4车门排水孔车门排水孔作为一种功能性开孔，无法对其进行完全密封，但可以通过缩小开孔面积的方式减少外部气流的进入，降低泄漏声的产生及传递。通过多款车型验证总结得出：排水孔面积与泄漏量成正比关系，如表1所示，要保证良好的车门密封效果，单门排水孔面积需控制在200mm2以下。对于一些车型，车门排水孔需满足涂装漏液要求，无法减小设计面积，可通过在总装添加开孔胶堵的方式来实现。表1排水孔面积与泄漏量关系排水孔面积/mm2≤200≤400≤600泄漏量/SCFM≤3≤5≤7注：SCFM为空气泄漏量，标准立方英尺每分钟1.5门把手门把手为运动开闭件，无法确保零泄漏，是气流汽车车门密封性能控制与风噪声改善83第35卷噪声与振动控制连通车内外的一个重要传递路径。门把手密封可参考以下方面进行设计：1、一体式门把手设计密封效果要优于分段开缝式设计；2、分段开缝式设计应控制缝隙宽度最小化，把手闭合状态下确保缝隙部位密封良好，无气流出入；3、门把手与车门钣金结合部位均设计密封垫片，垫片材质不宜过硬；4、锁芯转子与装饰罩缝隙最小化，装饰罩开孔最小化；5、对于密封性良好车辆，单门门把手整车气密性贡献量一般控制在1SCFM以下。1.6其他车门系统密封控制，除以上部件外，应确保车门钣金涂胶状况良好，无泄漏缝隙、孔洞。2改善案例分析某款SUV车型经相关工程师驾乘反映：100km/h匀速工况后排乘客部位存在风噪声大，通话效果差现象。针对此问题，从主观评价及客观测试两方面进行确认排查。2.1问题确认及目标制定主观评价方面，对此问题反复实车确认得出：后侧窗玻璃周边区域有明显“泄漏声”。用胶带及橡皮泥对密封条、呢槽、水切、呢槽与水切搭接缝隙分别进行密封，评价结果如表2所示。由评价结果可以得出：车内“泄漏声”主要传入部位为玻璃呢槽、呢槽与内水切间隙。表2100km/h匀速工况主观感受密封部位门及门框密封条后窗玻璃呢槽三角窗玻璃呢槽呢槽与内水切间隙密封方式胶带橡皮泥橡皮泥橡皮泥主观感受无明显改善有改善有改善有改善客观测试方面，选取后排左右乘客耳旁部位作为采集点，对问题车进行数据采集，并与标杆车进行对比，如表3、表4、图3、图4所示。表3100km/h匀速工况左后乘客耳旁声压级数据指标声压级/dB(A)语音清晰度/(AI%)问题车68.358.6标杆车165.776.8标杆车266.182.9标杆车367.877表4100km/h匀速工况右后乘客耳旁声压级数据指标声压级/dB(A)语音清晰度/(AI%)问题车68.558.4标杆车165.278.1标杆车266.681标杆车36875.7由数据可以看出：问题车车内声压级与语音清晰度均与标杆车有明显差距，“泄漏声”影响频率段较宽，在0～5000Hz均与标杆车有明显差距。据此，我们设定整改目标为：主观感受“泄漏声”消除，通话效果良好；客观数据后排乘客耳旁噪声声压级67dB（A），语音清晰度70AI%。图3100km/h匀速工况左后乘客耳旁噪声频谱数据图4100km/h匀速工况右后乘客耳旁噪声频谱数据2.2问题排查及对策制定验证针对“泄漏声”主要传递路径进行排查，确认问题点。经超声波测漏显示：升降玻璃及三角窗玻璃四角部位泄漏量大，如图5所示。图5车门泄漏量测试结果84第5期通过以上分析，可确定“泄漏声”主要有以下两条传递路径：路径一：车外—玻璃呢嘈上角部位—车内。检查玻璃呢槽结构发现：升降玻璃上部两角A断面与B、D断面交接过渡部位呢槽高度低于主断面呢槽高度，且表面凹凸不平，易产生泄漏间隙；三角窗玻璃呢槽主断面有加筋设计，上部两角部位无加筋设计，存在高度差，易产生泄漏间隙。路径二：车外—呢槽与外水切间隙、门把手、排水孔、钣金缝隙—内外板空腔—内板孔洞—内板与内饰板空腔—呢槽与内水切间隙—车内。对传递路径部件进行逐一排查，存在以下问题：a呢槽与内外水切搭接处均存在较大间隙；b内板孔洞采用粘贴防水膜方式进行密封，线束穿过防水膜部位存在明显孔洞，密封隔声效果差，如图6所示；c门把手周围密封不严，硬质塑料垫片贴合不紧密，经测试单门把手整车气密性贡献量为5.3SCFM，明显高于标杆车≤2SCFM水平；d单门排水孔面积大于600mm2，经测试单门排水孔泄漏量大于4SCFM，高于标杆车≤2.5SCFM水平；e内外板钣金搭接处存在较大孔洞，无密封措施，如图7所示。针对以上传递路径，分别进行对策制定及效果验证。图6车门防水薄膜设计对于路径一，提出以下两种优化方案，对比如表5所示：综合分析，采用方案二进行优化，经实车验证：100km/h匀速工况风噪声，主观感受有明显改善；客观测试，后排左右乘客耳旁噪声声压级分别降低1.1dB、1dB，语音清晰度分别提升9%、7%。对于路径二，提出以下优化方案，如表6所示。图7钣金孔洞图8呢槽密封优化表5路径一优化方案优化方案优点缺点一、呢嘈接角部位结构优化，进行加筋设计，消除泄漏缝隙可永久消除泄漏风险需修改模具，整改成本高、周期长二、呢槽接角部位粘贴海绵条设计，消除泄漏缝隙整改成本低、周期短长期使用存在海绵条脱落风险表6路径二优化方案问题呢槽与内外水切搭接处孔洞泄漏门把手泄漏车门排水孔泄漏内外板钣金搭接处孔洞泄漏内板防水膜泄漏优化方案在水切第二道唇边部位添加海绵条密封间隙(考虑)密封垫片由塑料垫片更换为橡胶垫片，提高密封性(考虑)排水孔面积减小设