熊輝 鄧超 時(shí)西芳 張萌

（奇瑞汽車股份有限公司）

NVH（Noise，Vibration，Harshness）是噪聲、振動(dòng)與不舒適性的英文縮寫(xiě)，目前NVH 控制水平是汽車行業(yè)衡量汽車制造質(zhì)量的一個(gè)綜合性指標(biāo)。有統(tǒng)計(jì)資料顯示，整車約有1/3 的故障問(wèn)題是和汽車的NVH 有關(guān)，用戶反映的20%～30%的問(wèn)題都與NVH 有關(guān)[1]。因此，汽車的NVH 問(wèn)題也是國(guó)際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)關(guān)注的問(wèn)題之一。文章主要研究轎車側(cè)門系統(tǒng)在關(guān)閉過(guò)程中的NVH 問(wèn)題，對(duì)提升整車NVH 性能提供有效的方案和思路。

1 側(cè)門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及NVH問(wèn)題

轎車的車門一般由車門鈑金、車門附件及內(nèi)飾蓋板三部分組成，如圖1和圖2所示。整個(gè)車門由開(kāi)啟到關(guān)閉的過(guò)程是車門以鉸鏈為旋轉(zhuǎn)軸，門鎖和鎖扣嚙合的過(guò)程。圖2所示的車門系統(tǒng)的其他結(jié)構(gòu)在關(guān)門過(guò)程中產(chǎn)生相互碰撞，從而引起車門系統(tǒng)的振動(dòng)，這類振動(dòng)可通過(guò)合理布置各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的安全距離或易碰撞部位進(jìn)行隔斷來(lái)解決。

目前，經(jīng)過(guò)大量理論分析以及工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出車門產(chǎn)生NVH 問(wèn)題主要有:1）車門在關(guān)閉過(guò)程中，車門系統(tǒng)與車身系統(tǒng)撞擊激勵(lì)導(dǎo)致車門系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)；2）車門在關(guān)閉過(guò)程中，車門系統(tǒng)與車身系統(tǒng)撞擊激勵(lì)導(dǎo)致車門系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲；3）車門在關(guān)閉過(guò)程中，車門系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)的相互撞擊。

文章以某公司的車型為例，分別從關(guān)門振動(dòng)、噪聲及不舒適性進(jìn)行分析，并制定不同的改善方案。

2 側(cè)門關(guān)閉振動(dòng)影響

某車型通過(guò)在多次關(guān)閉試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，車門系統(tǒng)與車身系統(tǒng)撞擊激勵(lì)導(dǎo)致車門系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)，以車門外板的振動(dòng)最為明顯。這主要是由于外板為0.7 mm 厚的薄鋼板制成，中間大面積無(wú)結(jié)構(gòu)支撐，因此以車門鈑金中的門外板為研究對(duì)象，著重分析在關(guān)閉過(guò)程中門外板的振動(dòng)。

首先，對(duì)車門和整車系統(tǒng)進(jìn)行CAE 建模；然后，按照關(guān)閉的工況對(duì)車門和整車系統(tǒng)進(jìn)行約束，并按照振動(dòng)工況進(jìn)行加載，計(jì)算出側(cè)門外板響應(yīng)情況。

圖3示出側(cè)門外板對(duì)各頻率的響應(yīng)曲線，從圖3可以看出，在振動(dòng)模式 9，10，12，16，18 及 20 工況下，側(cè)門外板的加速度響應(yīng)較大，是產(chǎn)生振動(dòng)的主要工況。圖4示出側(cè)門外板在這6 個(gè)工況下的CAE 振動(dòng)相對(duì)位移云圖，由圖4也可以分析出各個(gè)工況下振動(dòng)響應(yīng)最激烈的區(qū)域。本次分析的車門系統(tǒng)車門外板面積較大，中間支撐較少，整個(gè)外板無(wú)明顯的特征結(jié)構(gòu)，整體剛度弱，對(duì)振動(dòng)工況的響應(yīng)比較明顯。

3 側(cè)門關(guān)門聲音

車門關(guān)閉聲音質(zhì)量的好壞，對(duì)顧客形成該車質(zhì)量的好壞與否有極其重要的影響，好的車門關(guān)閉聲質(zhì)量能給用戶安全、舒適、豪華及車身結(jié)實(shí)可靠和自信等印象，因此車門關(guān)閉聲是各汽車廠家主要研究的問(wèn)題之一。

響度與尖銳度是心理聲學(xué)中準(zhǔn)確評(píng)價(jià)人對(duì)聲音主觀感知的屬性，可以用來(lái)表示人類主觀感知的平均水平[1]。響度表示人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)判斷聲音強(qiáng)弱的程度，是一個(gè)主觀感覺(jué)量，測(cè)量單位是“宋”（sone），可以按照ISO 532B 程序進(jìn)行計(jì)算。在最小關(guān)閉速度下，好的車門關(guān)閉聲響度峰值大約為55 宋。尖銳度是一種描述聲音頻譜分布的方法，單位為“Acum”。該量值賦予高頻段聲音較高的加權(quán)值。“嘶嘶聲”“砰然聲”等聲音具有高頻率能量，因此在最小關(guān)閉速度下，理想的尖銳度是4.2 Acum。

聲音衰蕩指的是在關(guān)門初始撞擊發(fā)生后，聲音持續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)間。如果聲音頻率很高，聽(tīng)起來(lái)象是鈴聲；如果頻率較低，聽(tīng)起來(lái)是“抖動(dòng)”不定的音，或者是低頻下嗡嗡響的聲音，這種聲音信號(hào)的能量在碰撞發(fā)生后持續(xù)時(shí)間超過(guò)500 ms。

利用響度、尖銳度及衰蕩能準(zhǔn)確地描述聲音，需要通過(guò)對(duì)多個(gè)不同車門關(guān)閉聲音做主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，由評(píng)審的人對(duì)這些聲音成對(duì)進(jìn)行試聽(tīng)，選出喜歡的聲音。每對(duì)聲音組合的試驗(yàn)要做2 次，用好聽(tīng)的聲音數(shù)據(jù)擬合出一個(gè)模型，從該模型可以得到每個(gè)聲音的評(píng)價(jià)值。該方法稱為成對(duì)比較測(cè)試法[2]?？梢园押线m的評(píng)價(jià)值和很多基于聲音印象的聲音量值關(guān)聯(lián)起來(lái)，門的關(guān)閉聲，低的響度、尖銳度及衰蕩是比較理想的。

根據(jù)圖4及以上分析，采用了如圖5所示的方對(duì)振動(dòng)和噪聲進(jìn)行改善，在側(cè)門外板上增加了膨脹膠并貼上了加強(qiáng)襯板，以提高局部的剛度。

圖6和圖7示出實(shí)施如上所述的方案后的實(shí)測(cè)圖及CAE 分析圖，對(duì)比圖3～7，可以明顯看出振動(dòng)的響應(yīng)大大減小，也說(shuō)明理論分析和方案非常有效。整個(gè)車門系統(tǒng)的關(guān)系很復(fù)雜，而且相互交叉關(guān)聯(lián)，圖8示出聲音質(zhì)量影響矩陣圖。

根據(jù)圖8的各零部件相互作用原理，結(jié)合該車型車門和CAE 分析，分別優(yōu)化了車門內(nèi)板和車門護(hù)板的整體剛度，確保各個(gè)部件安裝牢固；優(yōu)化了各個(gè)零部件安裝點(diǎn)剛度、各零部件的安全間隙、門鎖的布置以及緩沖結(jié)構(gòu)，避免金屬硬沖擊；優(yōu)化了密封條的緩沖和排氣結(jié)構(gòu)。實(shí)踐證明，優(yōu)化后車門的關(guān)閉聲明顯得到了改善。最終確定該車門的響度峰值和尖銳度分別為48 宋和3.8 Acum，聲音衰蕩不超過(guò)400 ms。

對(duì)于車門關(guān)閉聲的差異性，主要體現(xiàn)在車與車之間和同一輛車的門與門之間。從前門到后門，由于車門結(jié)構(gòu)的不同，聲音會(huì)有不同，但大部分車左右基本是對(duì)稱的，因此應(yīng)該保證左右車門的關(guān)閉聲和關(guān)閉力一致，這種差異應(yīng)歸因于加工過(guò)程的偏差。同一輛車的車門關(guān)閉聲存在差異，將會(huì)使乘客在下車關(guān)門時(shí)，產(chǎn)生廉價(jià)車的印象，因此一定要進(jìn)行研究和分析。

4 側(cè)門關(guān)閉不舒適性

車門關(guān)閉過(guò)程中的不舒適性，是一個(gè)比較主觀概念。通常認(rèn)為不舒適性除了與振動(dòng)和噪聲關(guān)系比較大外，還與最小關(guān)門能量有很大的關(guān)系。因?yàn)樽钚￡P(guān)門速度和乘客關(guān)門所需要的能量最為接近，所以通常習(xí)慣用最小關(guān)門速度來(lái)衡量最小關(guān)門能量。文章以最小關(guān)門速度作為對(duì)象進(jìn)行分析。

基于空載且門窗均關(guān)閉的狀況下，車門上的A 點(diǎn)，通過(guò)A'點(diǎn)時(shí)，恰好能使車門關(guān)閉所達(dá)到的速度稱為車門關(guān)閉速度；其中，A 點(diǎn)為車門關(guān)閉時(shí)門外把手水平中心線上方（60±20）mm 的門邊緣處，如圖9所示；A' 點(diǎn)為車門打開(kāi)時(shí)門外把手水平中心線上方（60±20）mm的門邊緣處，距A 點(diǎn)的直線距離為（60±5）mm 處一點(diǎn)，如圖9所示。A 點(diǎn)和A'實(shí)際為車門上同一點(diǎn)，標(biāo)示車門關(guān)閉和打開(kāi)時(shí)不同的位置。

對(duì)同一輛車，不論如何關(guān)門，能使車門完全關(guān)上所消耗的最低限值能量是相同的。最小關(guān)門速度越小的車，關(guān)門時(shí)需要乘客用力也越小，關(guān)門過(guò)程中車門給整車輸入的撞擊能量也較小，因此能給乘客以順暢和舒適的感覺(jué)。控制最小關(guān)門速度對(duì)提升關(guān)門舒適性有很大的作用。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究和實(shí)踐驗(yàn)證，得到關(guān)門的影響因素有以下3 個(gè)方面。

1）接觸密封條前影響因素:限位器摩擦力、限位器彈簧力、鉸鏈旋轉(zhuǎn)摩擦力及車門重心的上升或下降等幾個(gè)主要影響因素；

2）接觸密封條后影響因素:存在限位器摩擦力、限位器彈簧力、鉸鏈旋轉(zhuǎn)摩擦力、車門重心的上升或下降、空氣阻力、密封條反作用力及鎖閉合摩擦力等幾個(gè)主要影響因素；

3）前期設(shè)計(jì)影響因素:鉸鏈軸線布置、車門質(zhì)心位置、鎖體嚙合布置、車門內(nèi)間隙設(shè)計(jì)、密封條的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、密封條的壓縮負(fù)荷設(shè)計(jì)及空氣流通設(shè)計(jì)。

針對(duì)每個(gè)影響因素控制在什么樣的水平，文章不再一一敘述。綜合以上各個(gè)因素的有效控制，可以得出:該車型前門最小關(guān)門速度前門控制在0.9 m/s 左右，后門控制在1.0 m/s 左右。比優(yōu)化前的車型極大地提高了關(guān)門的舒適性。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)該車型的關(guān)門NVH 的CAE 分析和工程方案改善，通過(guò)減小振動(dòng)響應(yīng)位移和隔斷位移以及聲音的傳遞，使得該車型的側(cè)門關(guān)閉NVH 性能得到了很大地提升。后期通過(guò)隨機(jī)的客戶調(diào)查和競(jìng)品分析也證實(shí)了該方案的有效性。

文章對(duì)關(guān)門NVH 的研究也為整車所有系統(tǒng)的NVH 性能提升提供了很好的CAE 分析方法和改進(jìn)思路，另外后期還需要再加大CAE 分析工況的研究，并與試驗(yàn)對(duì)應(yīng)起來(lái)，提出更多更好的工程方案，以供產(chǎn)品設(shè)計(jì)參考。