某车门系统与玻璃升降器电机共振的实验研究

王卫滨，魏伟华，万宏杰

(江铃汽车股份有限公司，江西南昌 330000)

0 引言

在科学技术日益腾飞的今天，私家车已经渐渐由少数人才有的奢侈品转变为广大民众的日常必需品，人们不再认为汽车只是一种简单的交通工具，对其舒适性、安全性等提出了更高的要求。对噪声和振动等声品质的研究与运用成了汽车舒适性领域的研究热点之一[1-2]。声品质是人们对声音事件主观感受的客观描述，是影响产品竞争力的重要因素[3]。汽车车门系统作为评价汽车舒适性和安全性能的一个重要组成部分，其作用不仅是保证驾驶员拥有安全行车的足够视角，同时要能隔离噪声以及保证乘坐舒适性、安全性[4]。作为一个依靠电机为动力源来经常调整玻璃升降位置的组件，电机运行的声音以及玻璃升降过程中产生的噪声及振动直接影响乘客的舒适性，降低车门系统噪声和振动成为汽车行业的发展趋势[5]。

在降低车门系统噪声、提升其品质方面，国内外专家学者展开了研究：J WEBER[6]提出名为SAR-Line的异响模拟方法，在时域内用随机载荷进行激励，应用得到的相对位移来评价异响，得到的结果与真实的异响有很大的关联性；S K LEE等[7]针对乘用车行驶过程中，受路面障碍物冲击作用的室内声品质建立了声品质评价参数。杨川等人[8]针对汽车关门低频噪声的改善问题建立了一套优化流程，用间接边界元法对车门的辐射噪声声压级进行了数值分析,优化后噪声明显改善；范玮等人[9]初步分析了各项车型指标和信号波形,找到主客观的联系；赵匡等人[10]对汽车玻璃升降器电机选型问题进行了研究，运用受力分析和电机性能曲线图，在项目前期控制电机运行电流和升降速度，从而改善升降系统的平稳性；崔晓鹏[11]对汽车车门内饰展开研究，通过模态分析、CAE分析和试验验证相结合，提出一套比较完整的汽车车门内饰异响控制的方法。国内外专家学者对车门系统声品质的提升做出了巨大贡献，但升降器电机与车门系统共振问题还需要进一步研究。

作者对某车型车门系统中玻璃下降过程中出现的电机与车门系统共振问题进行研究，采用噪声振动数据采集系统对车门系统的共振噪声进行频谱分析，确认额定电压下车门系统的共振频率，为量产质量整改及项目前期车门系统开发提供参考和依据。

1 车门系统共振噪声检测

频谱分析是一种将复噪声号分解为较简单信号的技术。许多物理信号均可以表示为许多不同频率简单信号的和，找出一个信号在不同频率下的信息(可能是幅度、功率、强度或相位等)的作法就是频谱分析[12]。采用HEAD acoustics双通道噪声振动数据采集系统对某车型车门系统玻璃下降过程中产生的异响进行频谱分析，如图1所示，测试车窗上下行程时的振动响应。通过FFT VS.time分析发现，车窗在下降过程中85～90 Hz有明显的高能量区域，如图2所示，车窗下降过程中电机与车门系统共振引起共振噪声。为找出车门共振频率，需要进行车门系统固有频率扫频测试。

图1 噪声振动数据采集系统进行噪声检测 图2 电机与车门系统共振引起的共振噪音

2 车门系统固有频率的测试

根据QC/T 636-2014《汽车电动玻璃升降器技术标准》[13]，可知车窗电机升降器必须在11～15 V的电压下稳定运行并且不能出现异响和顿卡延迟的现象。车窗升降电机的电压运行要求和轿车用电瓶额定电压为 12 V，因此测试方案定为通过从9～17.4 V，每0.3 V为一步长扫描车门系统固有频率。

2.1 9.0～17.4 V车门系统频率扫描结果

当电压为9.0～11.7 V，车门系统具有良好的品质，在70～120 Hz没有共振噪声，如图3所示；当电压为12.0～14.7 V，车门系统出现共振噪声电机的运转频率为87.89和105.47 Hz，表明车门系统的固有频率为87.89和105.47 Hz，如图4所示；当电压为15.0～17.4 V，车门系统出现共振噪声电机的运转频率为105.47和117.19 Hz，表明车门系统的固有频率为105.47和117.19 Hz，如图5所示。

图3 电9.0～11.7 V车门系统频率扫描结果

2.2 车门窗上下行程中共振频率分析

根据车窗上下行程扫描的频率绘制出趋势图与上下行程电机固有频率进行对比。如图6所示：在车窗下行程中，由车门系统与电机共振造成的明显噪声峰值为87.9、105和117 Hz。上文提到车窗升降电机额定电压为12 V，车门系统的固有频率为87.9 Hz，对于电机本身下行程其固有频率范围为78.16～89.33 Hz，在此范围内存在共振噪声的风险。如图7所示：在车窗上行程中，车门系统与电机共振造成的明显噪声峰值为87.9、105 Hz。对于电机本身上行程其固有频率范围为67～78.16 Hz，车门系统的固有频率不存在该工作范围内，没有共振噪声的的风险。这也佐证了只有下降过程出现共振噪声。

图6 车窗下行程扫描频率与电机固有频率对比图

图7 车窗上行程扫描频率与电机固有频率对比图

3 解决方案的提出与验证

共振是指机械系统所受激励的频率与该系统某阶固有频率相接近时，系统振幅显著增大的现象。如何控制、避免共振是工程上的一大难题。针对此车型出现的共振噪声问题，在不改变车门系统及电机性能的前提下，采用3M公司提供的泡棉垫隔振，贴于电机壳与车门钣金之间，电机壳与车门钣金间隙为6 mm。通过测试不同尺寸泡棉垫的隔振效果，最后发现泡棉垫尺寸为40 mm×25 mm×9 mm时改善效果最为明显，且不影响装配。噪声检测情况如图8所示，结果表明增加泡棉阻尼垫能有效缓解振源的传递，从而改善共振问题。但从成本和效率上来看，应在前期开发阶段将电机的固有频率以及车门系统在运行过程中各阶固有频率考虑到设计方案中，从设计上进行规避从而避免共振噪声问题。

图8 电机壳与车门钣金间增加隔振块的噪声检测情况

4 结论

介绍了采用噪声振动数据采集系统对车门系统的共振噪声进行频谱分析，确认车门系统共振频率的方法，基于某车型车门系统玻璃下降过程中出现的电机与车门系统共振问题进行研究。研究表明：(1)额定电压下，该车门系统的固有频率为87.89 Hz ，在电机转动频率范围内(78.16～89.33 Hz)，有共振噪声的可能；(2)通过改变电机的转动频率能够避免出现共振问题；(3)通过增加隔振块能有效缓解振源的传递，从而改善共振问题。