玻璃升降器安装点动刚度对玻璃升降声品质的影响

张永利

(安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601)

随着人们生活的提高，人们对生活品质的要求也越来越高。汽车已经成为人们生活中不可或缺的交通出行工具，人们对汽车的NVH性能要求也越来越苛刻[1]。玻璃升降器是汽车重要的汽车零部件之一，是汽车车门玻璃的升降装置，可根据乘客或驾驶人员的需求对车窗玻璃进行操控——开启、关闭，来控制车窗的任一开度。车窗玻璃开关产生的噪声也备受关注，尤其是玻璃升降时声音的品质。所以，如何提高车门玻璃升降声品质的问题，越来越被主机厂所关注。

近年来，有关对汽车声品质的研究越来越多，为了提高车门玻璃升降的声品质，丁祎等[2]以轿车车门玻璃升降器为研究对象，开发了车门玻璃升降器智能化软件；高大威等[3]提出了基于双曲率玻璃参数化模型的优化方法；潘坡等[4]通过运用有限元工具优化密封条结构实现了改善玻璃升降声品质的目的。而对汽车声品质评价参数和方法开展的研究较多：杨川等[5]针对汽车关门声品质评价问题，提出一种基于伪WIGNER-VILLE分布的声品质评价参数，该参数能准确地评价汽车关门声品质；王长山等[6]对汽车关门声品质评价方法进行了研究，并建立了关门声品质的模型。这些研究主要从玻璃升降器的设计、玻璃升降噪声的来源、玻璃声品质评价的参数等对车门玻璃升降的声品质进行了大量的研究。然而，基于玻璃升降安装点动刚度研究的报道却较少。本文从玻璃升降器安装点动刚度着手，研究基于动刚度的玻璃升降产生的噪声声品质的问题，从而为玻璃升降器的设计，能更好地满足NVH性能设计要求和满足消费者的需求，起到十分重要的支撑作用。

1 玻璃升降器安装点动刚度的定义及其意义

安装点动刚度，对于该总成或部件来说十分重要。所谓的动刚度指结构在动态载荷作用下抵抗变形的能力。玻璃升降器在车门上的安装点动刚度指的是玻璃升降装置(包括导轨、玻璃升降电机)安装点的动刚度，也就是这些安装点的原点动刚度，即激励点和响应点是同一点，那么得到的刚度就是原点动刚度[7]。安装点动刚度是一个随系统频率变化的值，而不是一个固定的值，安装点动刚度Kd的计算公式如(1)式所列。

(1)

其中，K为安装点位置的静刚度；m为系统的质量。

从式(1)可以看出，安装点动刚度越弱，模态频率越低，就越容易被外界的激励激起，产生共振；安装点动刚度越强，模态频率越高，其抵抗动态载荷作用产生的形变越强。但是，在进行车辆零部件安装点动刚度设计时，动刚度越大，好处越多，却增加了总成或零部件的重量、浪费了材料、增加了成本。因而，再设计过程中，要考虑成本的因素，根据安装点的不同，进行相应的动刚度设计，节约成本避免浪费。

当静刚度K=4mπ2f2时，动刚度处于最小值。对于安装点动刚度来说，控制安装点的静刚度，就能够很好控制安装点的动刚度。

当系统没有阻尼，即C=0时，此时的安装点动刚度Kd可用式(2)进行表示。

Kd(f)=|K-4mπ2f2|

(2)

此时，动刚度与系统频率平方、系统静刚度成线性关系。

2 玻璃升降器安装点结构设计

玻璃升降器安装在车门内钣金上，其作用就是根据操作人员的需求使玻璃升降在车窗的任意位置，主要分为叉臂式、绳轮式、软轴式等[8]。为了能使玻璃升降器很好地工作，玻璃升降器一般安装在车门上。以某款轿车的后门玻璃升降器为例，该玻璃升降器为绳轮式，在车门内钣金上的安装点主要包括玻璃升降导轨安装点(2个安装点)、涡轮机构和驱动电机(以下简称驱动电机)安装点(1个安装点)。方案1是3个安装点的具体设计位置(图1)，玻璃升降导轨安装点与驱动电机的安装点不在同一个平面上，通过冲压工艺，在车门内钣金上冲压一条类似于歪“W”抹掉一角的凹槽，玻璃升降导轨上安装点和下安装点位于此凹槽内；驱动电机安装点位于玻璃导轨上安装点和下安装点之间。方案2是在方案1的基础上，在歪“W”的凹槽内三个安装点的位置附近增加5个加强凹槽，目的就是增加3个安装点的动刚度(图2)。

图1 门内钣金上玻璃升降器安装点的设计布置图

图2 加强槽的位置图

3 玻璃升降器声品质与安装点动刚度测试分析

针对上述两种设计方案，运用LMS的测试设备及数据分析软件对玻璃升降器安装点动刚度以及对玻璃升降时的噪声进行测试。使用的测试设备和测试分析软件由测试前端、笔记本电脑、力锤、振动传感器、噪声传感器、一些传感器用的信号线以及测试分析软件等组成(表1)。

表1 测试设备与测试分析软件

需要在试验台架上对玻璃升降器安装点的动刚度和玻璃升降噪声进行测试，也就是使车门处于相对的自由状态。把车门安装在带有减振橡胶的台架上，减振装置安装在车门锁体的安装点和两个铰链的安装点上，使得车门的内倾角度与整车安装时的内倾角一样。用一带有凹槽的橡胶装置支撑在车门下端，避免试验过程中车门晃动过大。

3.1 玻璃升降器安装点动刚度测试与分析

安装点动刚度的测试，就是把振动传感器贴在靠近玻璃升降器安装点的位置，并用力锤敲击振动传感器的附近位置(敲击点尽可能靠近振动传感器)，即可测得力与振动加速度之间的关系曲线(一般取20Hz～200Hz之间的曲线)，即安装点动刚度曲线，取其等效均值当作该点的动刚度值。表2列出了方案1和方案2相对应安装点动刚度对比。

从表2中可以看出，在方案1的基础上增加5个凹槽得到的方案2，安装点的动刚度均比方案1中相对应的安装点加强了。玻璃导轨下安装点的动刚度增加的最多，增加了323N/mm；其次是驱动电机安装点，动刚度增加了260N/mm；玻璃导轨上安装点动刚度增加最少，增加了228N/mm。

表2 安装点动刚度(单位：N/mm)

可见，增加安装点的动刚度，并不意味着只是增加钣金的厚度才能够实现；在安装点附近增加凹槽，也能够实现增加安装点动刚度的目的。

3.2 玻璃升降声品质测试与分析

玻璃升降器的声品质测试，就是把噪声传感器安装在一可调高度和臂可伸缩的支架上，使得噪声传感器的高度与车窗玻璃中心的高度一致，并且噪声传感器与玻璃中心的距离为10cm。在玻璃上升和下降过程中，测试其噪声，并通过ArtemiS软件进行分析。

玻璃上升过程噪声数据共分为三个阶段：玻璃上升至与劈水条脱离阶段、平稳运行阶段(玻璃脱离劈水条至与上尼槽接触时)、上升至最高点撞击阶段。玻璃下降噪声数据共分为三个阶段：下降至玻璃与上尼槽脱离阶段、平稳运行阶段(玻璃脱离上尼槽至与劈水条接触时)、最低点撞击阶段。每个阶段所经历的时间长短不同(图3)。

从图3中可以看出，上升过程中平稳运行阶段和上升至最高点撞击阶段的时间最长；下降过程中下降至玻璃与上尼槽脱离阶段、玻璃平稳运行阶段的时间最长。

图3 玻璃上升/下降过程的3个阶段

对于玻璃升降声品质，重点研究了平稳运行时的声压级、声音的尖锐度以及声音的响度；玻璃上升至与劈水条脱离阶段/上升至最高点撞击阶段、下降至玻璃与上尼槽脱离阶段/下降至最低点撞击阶段，重点研究声音的峰值响度和峰值尖锐度。

表3给出了方案1和方案2所对应的玻璃从最低点上升至最高点的声品质对比。可以看出，玻璃上升过程中的声品质，方案2的声品质比方案1的声品质均有不同程度的提高。第三阶段峰值响度降低的最多，比方案1降低了约20.78%，峰值尖锐度降低了5.78%。第一阶段的峰值尖锐度降低的最多，为0.19acum，方案2比方案1降低了8.76%。

表3 玻璃从最低点上升至最高点的声品质对比

表4给出了方案1和方案2所对应的玻璃从最高点下降至最低点的声品质对比。可以看出，玻璃下降过程中的声品质，方案2的声品质比方案1的声品质，除了第二阶段的噪声性能没有

提升外，其他声品质均有较大的提升。而第二阶段平均响度降低的最多，降低了1.73soneGF；第一阶段声品质降低较第一阶段少些，峰值响度也降低了1.16soneGF。

表4 玻璃从最高点下降至最低点的声品质对比

4 结论

本文对两种不同方案的车门玻璃升降器安装点动刚度、玻璃上升与下降时的声音品质进行测试分析，尝试着从中找到安装点动刚度对玻璃升降声品质影响的大小。

(1)方案2的玻璃升降器安装点动刚度比方案1高，约是方案1的1.6倍；在不增加重量的前提下，通过增加凹槽的方式，增加安装点动刚度也是一种行之有效的方法。

(2)安装点动刚度的增强对平稳运行阶段声压级的降低起到的作用较少，最多降低仅有2.14%；但是对平稳运行阶段平均响度和峰值尖锐度降低的较多，最大可降低15.70%。

(3)安装点动刚度的增强，使得玻璃升降第一阶段和第三阶段声品质的提升较大；尤其是大大提升了玻璃升降器上升阶段玻璃至最高点撞击时的声品质。