某車(chē)門(mén)系統(tǒng)與玻璃升降器電機(jī)共振的實(shí)驗(yàn)研究

王衛(wèi)濱，魏偉華，萬(wàn)宏杰

(江鈴汽車(chē)股份有限公司，江西南昌 330000)

0 引言

在科學(xué)技術(shù)日益騰飛的今天，私家車(chē)已經(jīng)漸漸由少數(shù)人才有的奢侈品轉(zhuǎn)變?yōu)閺V大民眾的日常必需品，人們不再認(rèn)為汽車(chē)只是一種簡(jiǎn)單的交通工具，對(duì)其舒適性、安全性等提出了更高的要求。對(duì)噪聲和振動(dòng)等聲品質(zhì)的研究與運(yùn)用成了汽車(chē)舒適性領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[1-2]。聲品質(zhì)是人們對(duì)聲音事件主觀感受的客觀描述，是影響產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素[3]。汽車(chē)車(chē)門(mén)系統(tǒng)作為評(píng)價(jià)汽車(chē)舒適性和安全性能的一個(gè)重要組成部分，其作用不僅是保證駕駛員擁有安全行車(chē)的足夠視角，同時(shí)要能隔離噪聲以及保證乘坐舒適性、安全性[4]。作為一個(gè)依靠電機(jī)為動(dòng)力源來(lái)經(jīng)常調(diào)整玻璃升降位置的組件，電機(jī)運(yùn)行的聲音以及玻璃升降過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲及振動(dòng)直接影響乘客的舒適性，降低車(chē)門(mén)系統(tǒng)噪聲和振動(dòng)成為汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[5]。

在降低車(chē)門(mén)系統(tǒng)噪聲、提升其品質(zhì)方面，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者展開(kāi)了研究：J WEBER[6]提出名為SAR-Line的異響模擬方法，在時(shí)域內(nèi)用隨機(jī)載荷進(jìn)行激勵(lì)，應(yīng)用得到的相對(duì)位移來(lái)評(píng)價(jià)異響，得到的結(jié)果與真實(shí)的異響有很大的關(guān)聯(lián)性；S K LEE等[7]針對(duì)乘用車(chē)行駛過(guò)程中，受路面障礙物沖擊作用的室內(nèi)聲品質(zhì)建立了聲品質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)。楊川等人[8]針對(duì)汽車(chē)關(guān)門(mén)低頻噪聲的改善問(wèn)題建立了一套優(yōu)化流程，用間接邊界元法對(duì)車(chē)門(mén)的輻射噪聲聲壓級(jí)進(jìn)行了數(shù)值分析,優(yōu)化后噪聲明顯改善；范瑋等人[9]初步分析了各項(xiàng)車(chē)型指標(biāo)和信號(hào)波形,找到主客觀的聯(lián)系；趙匡等人[10]對(duì)汽車(chē)玻璃升降器電機(jī)選型問(wèn)題進(jìn)行了研究，運(yùn)用受力分析和電機(jī)性能曲線圖，在項(xiàng)目前期控制電機(jī)運(yùn)行電流和升降速度，從而改善升降系統(tǒng)的平穩(wěn)性；崔曉鵬[11]對(duì)汽車(chē)車(chē)門(mén)內(nèi)飾展開(kāi)研究，通過(guò)模態(tài)分析、CAE分析和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，提出一套比較完整的汽車(chē)車(chē)門(mén)內(nèi)飾異響控制的方法。國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)車(chē)門(mén)系統(tǒng)聲品質(zhì)的提升做出了巨大貢獻(xiàn)，但升降器電機(jī)與車(chē)門(mén)系統(tǒng)共振問(wèn)題還需要進(jìn)一步研究。

作者對(duì)某車(chē)型車(chē)門(mén)系統(tǒng)中玻璃下降過(guò)程中出現(xiàn)的電機(jī)與車(chē)門(mén)系統(tǒng)共振問(wèn)題進(jìn)行研究，采用噪聲振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)車(chē)門(mén)系統(tǒng)的共振噪聲進(jìn)行頻譜分析，確認(rèn)額定電壓下車(chē)門(mén)系統(tǒng)的共振頻率，為量產(chǎn)質(zhì)量整改及項(xiàng)目前期車(chē)門(mén)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供參考和依據(jù)。

1 車(chē)門(mén)系統(tǒng)共振噪聲檢測(cè)

頻譜分析是一種將復(fù)噪聲號(hào)分解為較簡(jiǎn)單信號(hào)的技術(shù)。許多物理信號(hào)均可以表示為許多不同頻率簡(jiǎn)單信號(hào)的和，找出一個(gè)信號(hào)在不同頻率下的信息(可能是幅度、功率、強(qiáng)度或相位等)的作法就是頻譜分析[12]。采用HEAD acoustics雙通道噪聲振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)某車(chē)型車(chē)門(mén)系統(tǒng)玻璃下降過(guò)程中產(chǎn)生的異響進(jìn)行頻譜分析，如圖1所示，測(cè)試車(chē)窗上下行程時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)。通過(guò)FFT VS.time分析發(fā)現(xiàn)，車(chē)窗在下降過(guò)程中85～90 Hz有明顯的高能量區(qū)域，如圖2所示，車(chē)窗下降過(guò)程中電機(jī)與車(chē)門(mén)系統(tǒng)共振引起共振噪聲。為找出車(chē)門(mén)共振頻率，需要進(jìn)行車(chē)門(mén)系統(tǒng)固有頻率掃頻測(cè)試。

圖1 噪聲振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行噪聲檢測(cè) 圖2 電機(jī)與車(chē)門(mén)系統(tǒng)共振引起的共振噪音

2 車(chē)門(mén)系統(tǒng)固有頻率的測(cè)試

根據(jù)QC/T 636-2014《汽車(chē)電動(dòng)玻璃升降器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[13]，可知車(chē)窗電機(jī)升降器必須在11～15 V的電壓下穩(wěn)定運(yùn)行并且不能出現(xiàn)異響和頓卡延遲的現(xiàn)象。車(chē)窗升降電機(jī)的電壓運(yùn)行要求和轎車(chē)用電瓶額定電壓為 12 V，因此測(cè)試方案定為通過(guò)從9～17.4 V，每0.3 V為一步長(zhǎng)掃描車(chē)門(mén)系統(tǒng)固有頻率。

2.1 9.0～17.4 V車(chē)門(mén)系統(tǒng)頻率掃描結(jié)果

當(dāng)電壓為9.0～11.7 V，車(chē)門(mén)系統(tǒng)具有良好的品質(zhì)，在70～120 Hz沒(méi)有共振噪聲，如圖3所示；當(dāng)電壓為12.0～14.7 V，車(chē)門(mén)系統(tǒng)出現(xiàn)共振噪聲電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為87.89和105.47 Hz，表明車(chē)門(mén)系統(tǒng)的固有頻率為87.89和105.47 Hz，如圖4所示；當(dāng)電壓為15.0～17.4 V，車(chē)門(mén)系統(tǒng)出現(xiàn)共振噪聲電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為105.47和117.19 Hz，表明車(chē)門(mén)系統(tǒng)的固有頻率為105.47和117.19 Hz，如圖5所示。

圖3 電9.0～11.7 V車(chē)門(mén)系統(tǒng)頻率掃描結(jié)果

2.2 車(chē)門(mén)窗上下行程中共振頻率分析

根據(jù)車(chē)窗上下行程掃描的頻率繪制出趨勢(shì)圖與上下行程電機(jī)固有頻率進(jìn)行對(duì)比。如圖6所示：在車(chē)窗下行程中，由車(chē)門(mén)系統(tǒng)與電機(jī)共振造成的明顯噪聲峰值為87.9、105和117 Hz。上文提到車(chē)窗升降電機(jī)額定電壓為12 V，車(chē)門(mén)系統(tǒng)的固有頻率為87.9 Hz，對(duì)于電機(jī)本身下行程其固有頻率范圍為78.16～89.33 Hz，在此范圍內(nèi)存在共振噪聲的風(fēng)險(xiǎn)。如圖7所示：在車(chē)窗上行程中，車(chē)門(mén)系統(tǒng)與電機(jī)共振造成的明顯噪聲峰值為87.9、105 Hz。對(duì)于電機(jī)本身上行程其固有頻率范圍為67～78.16 Hz，車(chē)門(mén)系統(tǒng)的固有頻率不存在該工作范圍內(nèi)，沒(méi)有共振噪聲的的風(fēng)險(xiǎn)。這也佐證了只有下降過(guò)程出現(xiàn)共振噪聲。

圖6 車(chē)窗下行程掃描頻率與電機(jī)固有頻率對(duì)比圖

圖7 車(chē)窗上行程掃描頻率與電機(jī)固有頻率對(duì)比圖

3 解決方案的提出與驗(yàn)證

共振是指機(jī)械系統(tǒng)所受激勵(lì)的頻率與該系統(tǒng)某階固有頻率相接近時(shí)，系統(tǒng)振幅顯著增大的現(xiàn)象。如何控制、避免共振是工程上的一大難題。針對(duì)此車(chē)型出現(xiàn)的共振噪聲問(wèn)題，在不改變車(chē)門(mén)系統(tǒng)及電機(jī)性能的前提下，采用3M公司提供的泡棉墊隔振，貼于電機(jī)殼與車(chē)門(mén)鈑金之間，電機(jī)殼與車(chē)門(mén)鈑金間隙為6 mm。通過(guò)測(cè)試不同尺寸泡棉墊的隔振效果，最后發(fā)現(xiàn)泡棉墊尺寸為40 mm×25 mm×9 mm時(shí)改善效果最為明顯，且不影響裝配。噪聲檢測(cè)情況如圖8所示，結(jié)果表明增加泡棉阻尼墊能有效緩解振源的傳遞，從而改善共振問(wèn)題。但從成本和效率上來(lái)看，應(yīng)在前期開(kāi)發(fā)階段將電機(jī)的固有頻率以及車(chē)門(mén)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中各階固有頻率考慮到設(shè)計(jì)方案中，從設(shè)計(jì)上進(jìn)行規(guī)避從而避免共振噪聲問(wèn)題。

圖8 電機(jī)殼與車(chē)門(mén)鈑金間增加隔振塊的噪聲檢測(cè)情況

4 結(jié)論

介紹了采用噪聲振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)車(chē)門(mén)系統(tǒng)的共振噪聲進(jìn)行頻譜分析，確認(rèn)車(chē)門(mén)系統(tǒng)共振頻率的方法，基于某車(chē)型車(chē)門(mén)系統(tǒng)玻璃下降過(guò)程中出現(xiàn)的電機(jī)與車(chē)門(mén)系統(tǒng)共振問(wèn)題進(jìn)行研究。研究表明：(1)額定電壓下，該車(chē)門(mén)系統(tǒng)的固有頻率為87.89 Hz ，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率范圍內(nèi)(78.16～89.33 Hz)，有共振噪聲的可能；(2)通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率能夠避免出現(xiàn)共振問(wèn)題；(3)通過(guò)增加隔振塊能有效緩解振源的傳遞，從而改善共振問(wèn)題。