汽车侧窗玻璃冲顶声音品质研究

刘士远 刘艳华 秦令剑 刘健平 李锦

摘 要：为了提高汽车侧窗玻璃上升到顶与窗框产生的撞击声声音品质，本文通过对市场上主流车型进行数据收集，列出其中主要影响因素;并应用DFSS方法进行优化，定义了客户要求对应的工程指标，进行优化方案选择及验证，此方案在实验和实际生产中被验证是有效的。

关键词：玻璃冲顶;六西格玛设计;玻璃导槽密封条;声音品质

1 前言

当前社会客使用者对轿车的使用舒适性要求越来越高，玻璃上升冲顶声音大会令乘客感到厌烦和不愉悦。本文应用通用汽车体系客户主观评价指标（GMUTS），对样本车辆进行玻璃冲顶声音进行打分，借助DFSS工具转化成可测量的工程指标，并进行概念选择。

这里将GMUTS评价指标简化为“不（可接受）”、“可（接受）”、“好”三个等级。

2 产生机理

声音产生过程为玻璃上升进入玻璃导槽roof段时，与玻璃导槽密封条（GRC）和窗框组成的系统发生撞击，产生冲顶声音;即玻璃速度的初始动能，被玻璃导槽密封条阻力和窗框变形吸收，剩余的能量转化成窗框振动声音。系统对玻璃动能吸收得越多，速度残余能量越小，声音品质越良好。

冲顶声音大小的主要影响因素有：

（1）冲顶后窗框的变形量;

（2）玻璃的上升速度;

（3）GRC的缓冲能力及与玻璃之间的摩擦阻力;

（4）玻璃上升到顶与窗框的接触点。

2.1 窗框结构的影响

选取APH窗框结构和FUG结构的车型进行窗框变形量测量，测量方式为玻璃上升和下降状态下测量窗框和门框的间隙，进行玻璃两种状态下间隙变化量对比，每辆车车辆5个点。FUG结构样本：E1，E2，E3，E4;APH结构样本：E5，E6，E7，E8。

数据显示APH窗框变形比FUG小，因此吸收能量少，所以对玻璃冲顶的控制能力差于FUG结构。

2.2 玻璃运行速度的影响

收集市面三种车门结构的不同车型玻璃上升冲顶声音，发现当车门结构相同时上升速度越快冲顶声音打分越低，容易产生冲顶声音。

2.3 玻璃导槽密封条影响

根据能量守恒，假设玻璃速度的初始动能被玻璃导槽密封条阻力和窗框吸收，剩余的能量转化成窗框振动声音。剩余能量越小声音越小。玻璃导槽密封条阻力一部分为玻璃上升过程中两侧导轨给予的摩擦阻力;另一部分为当玻璃顶部切边入槽接触到GRC顶部后roof段给予的反作用力。

尼槽与玻璃间的摩擦力阻碍玻璃升降，所以在保证密封的前提下要尽量减小摩擦力。[1]减小摩擦阻力不是减小玻璃冲顶声音的优化方向。

玻璃导槽密封条roof段给予玻璃上升的反作用力，可以通过增加缓冲特征来提前吸收动能，降低玻璃置顶时速度。

玻璃导槽密封条roof段有缓冲唇边结构经过FEA虚拟评估。图3中玻璃与缓冲唇边起始接触点为-2mm位置，在0.5mm附近为冲击终止点，曲线与位移之间形成的面积即作为唇边吸收的能量G0，假设无缓冲唇边结构玻璃导槽密封条冲顶过程吸能值G1，G0与G1的差值远远大于G1，所以增加缓冲唇边会对玻璃冲顶有明显改善。

2.4 玻璃上升到顶与窗框的接触点位置

冲顶声音品质主要取决于声音的大小，即响度。响度主要由聲源振动的幅度决定，声源的振幅越大，响度就越强，声音就越大;反之声音则越小。

车门窗框roof中间段对比两端振幅大，引起空气振动的幅度也越大，受到玻璃上升撞击声音大;靠近竖直段的窗框振幅小，引起空气振动的幅度小，受到撞击声音小。通过以下实验验证。将roof段分为R1-R5 5段和两个接角W1和W2，排列组合进行试验：

（1）拆除R3段，冲顶改善明显;

（2）拆除R1-R5段只留W1和W2，冲顶改善更加明显。

结论为：玻璃上切边入槽后两端点先接触，避免冲击窗框中部，冲顶声音明显改善。

3 玻璃上升冲顶声音的优化

DFSS（六西格玛设计，Design for Six Sigma）是从20世纪90年代出现并流行于电子行业的跨国公司，到目前已被全球各大汽车制造商和零部件供应商广泛应用，并在产品和质量等诸多方面取得了成效[2-3]。

3.1 识别机会Identify Opportunity

见本文2.2对12款车进行GMUST打分，有4款车不可接受。

3.2 定义要求Define Requirement

3.3 开发概念Develop Concept

通过市面上的主流车型对标以及对冲顶声音影响因素的考虑，从车辆GRC有无缓冲唇边;接角有无止位块;玻璃上升与窗框的接触点，三个概念维度进行考虑。

玻璃导槽密封条roof段的缓冲能力，接角有无限位，玻璃切边与窗框接触点都会影响到玻璃冲顶声音，同时玻璃切边与导槽密封条roof段的接触长度决定了密封性是否有损失，密封状态是否良好;玻璃切边与导槽密封条的接触长度越长，玻璃升降耐久冲击接触面积大，对耐久性越好，反之局部冲击耐久欠佳。由此确定影响客户要求和工程指标的3个主要因素，假设三个因素重要等级相同条件下进行评估：

Y1：冲顶声音

Y2：密封性

Y3：耐久性

以上8个概念在Y1到Y3四个维度上进行普世分析，以概念1为base方案进行第一轮对比，5个概念不低于base概念水平;概念8做base概念进行第二轮对比，概念7总体水平好于概念8，其中在Y1维度上水平略低于概念8，但是在Y2和Y3维度上优于概念8，选择概念7作为最优概念。

3.4 确认Verify

概念7进行实验确认。

静音室内测试响度结果为63.5dB，小于3.2中定义的要求66.2dB。

以上概念选择在实际生产中得到应用，方案是有效的。

4 结束语

本文通过数据收集和实验综合阐述了玻璃上升冲顶声音与主要影响因素之间的关系，同时也阐述了玻璃冲顶声音的优化方向和，本文优化措施在量产车型和新开发项目中已有实际应用，验证是有效的。

参考文献：

[1]韩国华，许雪莹，侯艳芳.摇窗机声音品质研究[J].汽车工程学报，2011（z1）.

[2]郭峰.6Sigma设计在汽车设计中的应用[J].汽车工程，2006，28（10）.

[3]朱正礼，杜建福，兰志波.DFSS在新能源汽车电子产品开发中的应用[J].机械设计与制造，2012（02）.

作者简介：刘士远（1987-），女，吉林人，本科，工程师，研究方向：汽车门盖密封系统开发。