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汽车车身噪声控制:关门声品质结构控制

时间:2023-08-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:影响关门声品质的结构包括:车门刚度、外板和内板的结构、锁体和卡板结构、密封条的压紧力等。下面从车身与车门、门锁和密封条来讲述结构控制。车门的整体刚度是保证关门声品质最重要的指标之一。同样,关门力会激励外板振动并发出声音。CLD值保持常数,即关门过程不受压缩量的影响,这样既可以实现良好的关门手感,也会带来良好的声品质。

汽车车身噪声控制:关门声品质结构控制

影响关门声品质的结构包括:车门刚度、外板和内板的结构、锁体和卡板结构、密封条的压紧力等。从结构设计的角度分析,只有良好的部件设计和系统设计才能实现良好的关门声品质。下面从车身与车门、门锁和密封条来讲述结构控制。

1.车门板结构控制

(1)车身和车门的整体刚度

车身刚度不仅影响整车的NVH水平,而且影响关门声品质和异响。关门是车门碰撞车身的过程,因此车身必须具备足够的刚度,特别是立柱和纵梁的刚度。关于车身框架的刚度,请参阅第二章和第八章。

车门的整体刚度是保证关门声品质最重要的指标之一。如果门的刚度不足,车门与车身的碰撞就不是一次低沉的撞击声音,而是拖泥带水的几个撞击声。

车门整体刚度是由门框、板件和附件决定的。门框是基础,门框刚度不足可能导致关门时车门变形,甚至影响气密性。门框上部是最薄弱的地方,它只是一个框架结构,玻璃摇起时对框架起到一定支撑。如果框架上部刚度低,则关门时它就会出现明显的变形,发出支离破碎的声音。

(2)外板结构控制

车门外板是一层很薄的金属板,如同一个鼓面或者一张纸。轻轻敲击鼓面就会发出声音,轻轻挥动纸片也会发出声音。同样,关门力会激励外板振动并发出声音。外板的振动特征可以用激光测试系统检测或者通过有限元计算得到。得到了外板的振动响应后,通过格林函数就可以预测声辐射。

抑制板的振动可以降低声辐射。控制薄板振动的方法有增加板的刚度和阻尼,以及附加质量。外板形状由造型决定,通常是一张大的弧面板。不可能用冲筋的方法来增加它的刚度,只能在外板的内侧来对刚度和阻尼进行处理。

增加外板刚度的方法有两种:梁支撑和补强胶。第一种方法是在门板内侧安装一根或者几根梁,梁与门之间是用胶粘连在一起的。这些梁通常兼顾防撞和提高车门刚度的作用,一般称为防撞梁,如图7-32a所示。增加刚度的第二种方法是在车门上贴补强胶。补强胶是一片柔软的胶板,贴在车门上,经过高温烘烤后,胶板变得非常坚硬,就像一块钢板,如图7-32a所示。

增加阻尼的方法是在门外板的内侧贴黏弹性阻尼材料,其目的是减小振动响应。现在用得比较多的阻尼是银箔约束阻尼片,也称为mastic材料,如图7-32b所示。

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图7-32 车门外板内侧上的防撞梁、补强胶和阻尼片(见彩插)

(3)内板的结构控制

内板也是薄壁金属板,门锁、玻璃升降机和扬声器等集中质量都挂在它上面。这些集中质量使得内板的模态频率下降,因此要保证内板有足够高的模态频率,就必须使内板的刚度尽可能高。特别在门锁、玻璃升降机、扬声器等安装处,布局结构必须有足够的刚度,否则局部变形大,会产生低频振动而发出轰鸣声。

因为内板不受造型限制,所以可以把它做成相互交错的加筋结构来提高刚度,如图7-33所示。也可以用补强胶或者增加杆件来提高刚度。

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图7-33 复杂的加筋内板结构(见彩插)

(4)防撞块的设计

轻关门时,门与防撞块接触不深,只有当门的运动超过了密封条的压缩范围时,门与防撞块才会发生撞击。缓冲块的形状一般是外小内大,高度可以调节。防撞块的刚度要比较小,以避免门板的模态被激起来。有的缓冲块安装在车身上,有的安装在车门上,如图7-34所示。

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图7-34 防撞块(见彩插)

2.门锁结构的控制

(1)锁本体的控制

关门时,门锁内部会撞击几次,产生的几次碰撞力包括:锁套与门碰撞产生的力,卡板与锁扣碰撞而产生的力,卡板与棘爪碰撞而产生的力,卡板与防撞块碰撞而产生的力,棘爪与防撞块碰撞而产生的力。控制这些碰撞力就成了降低撞击声和提升声品质的关键

锁套必须与车门牢固固定。最好用比较软的材料(如橡胶等)把它包裹起来,减小撞击力。锁套的包裹层和周边的泡沫材料还起到隔声的作用。锁套的上下两块板上应尽可能少开孔,这样锁套内部碰撞产生的噪声就不容易传出来。

卡板是旋转件,影响其碰撞力的因素有:转动惯量加速度和材料。降低卡板的碰撞力就是降低其转动惯量和角加速度,并且采用减振材料。影响卡板转动惯量的因素有卡板的质量、材料的密度、质心到转动中心的距离。卡板加速度主要取决于弹簧的刚度。卡板可以用一些新型的减振材料制造或者在金属卡板上加减振材料。控制了这些影响因素就可以控制卡板与锁扣的碰撞、卡板与棘爪的碰撞,以及卡板与防撞块的碰撞,从而控制发出的噪声。

棘爪与卡板类似,也是旋转部件,影响其碰撞力的因素也是其转动惯量和角加速度,控制方法也类似。控制了相应的参数就可以控制棘爪与卡板的碰撞,以及棘爪与防撞块的碰撞。

锁扣安装在车门上,是“被”碰撞的部件。因此锁扣与卡板接触的部位对碰撞力和产生的声音非常重要。在锁扣上添加一层阻尼材料,可以缓解冲击力。

(2)锁扣的原点动刚度

锁扣安装在车身上,承受着来自卡板对它的撞击,因此锁扣受冲击点的原点动刚度必须控制,这类似于车身连接点处的原点动刚度。

在锁扣上布置一个加速度传感器,然后用力锤敲击同一点位置,就可以得到该点的原点动刚度,如图7-35所示。图7-36所示为某个锁扣的原点动刚度的测试曲线,其特征与车身连接点的IPI类似。

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图7-35 锁扣原点动刚度 测试示意图(见彩插)

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图7-36 锁扣的原点动刚度的测试曲线

3.密封系统的控制

密封条对静态密封和动态密封都非常重要,同时,它对关门声品质也非常重要。从关门声品质的角度来看,密封条的功能有:避免了车门和车身金属之间的直接碰撞,降低了关门时的噪声;使得关门力尽可能均匀地分布在整个密封接触面上;衰减来自卡板与锁扣碰撞以及内部碰撞产生的高频噪声。

关门的能量,一部分被消耗掉了,一部分被储存起来。被消耗的能量一部分变成了热能,而另一部分则变成了声能。密封条被压缩的时候,关门的能量被储存起来,类似弹簧被压缩。同时,被压缩的缓冲块也储存了能量。开门的时候,这些“储存”的能量被释放,同时产生“噗噗”的声音。

密封条的设计主要考虑压缩负荷变形(CLD)值、整个密封条上的受压变形均匀性,以及储藏能量。CLD值保持常数,即关门过程不受压缩量的影响,这样既可以实现良好的关门手感,也会带来良好的声品质。密封条受力均匀也会使各个部位的声音均匀,声音好听。在密封条上开一些泄气孔来降低密封条中的储藏能量,这种方法可以降低开门时的“噗噗”声。

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