為了降低汽車雨刮噪聲，提高汽車駕駛舒適度，基于振動(dòng)傳遞隔振理論分析了雨刮系統(tǒng)與車身的機(jī)械阻抗對(duì)雨刮系統(tǒng)振動(dòng)傳遞的影響，發(fā)現(xiàn)使用低剛度的橡膠墊和高剛度的車身可以獲得較大的插入損失，減弱從雨刮系統(tǒng)傳遞到車身的振動(dòng)。以實(shí)車為例，驗(yàn)證了使用合適的隔振橡膠墊和提高安裝點(diǎn)的剛度，可以減弱雨刮系統(tǒng)傳遞到車身的振動(dòng)，從而達(dá)到降低車內(nèi)雨刮噪聲的目的。為解決雨刮噪聲問題開拓了思路。

隨著人們對(duì)汽車駕駛舒適度要求的逐漸提高，汽車雨刮噪聲也成為用戶和整車廠衡量舒適度的重要指標(biāo)。國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)汽車雨刮噪聲進(jìn)行了理論、試驗(yàn)、仿真等研究，研究領(lǐng)域主要集中在噪聲源：雨刮電機(jī)噪聲、傳動(dòng)齒輪噪聲、雨刮刮片與擋風(fēng)玻璃的摩擦噪聲及換向折返噪聲。理論上可以從噪聲源控制、傳播途徑控制和接受者保護(hù)3個(gè)方面進(jìn)行噪聲控制。因此在研究雨刮噪聲時(shí)，除了控制噪聲源，通過隔振來優(yōu)化傳播途徑也是不可忽略的途徑。由于雨刮振動(dòng)傳遞研究涉及雨刮系統(tǒng)供應(yīng)商和整車廠車身的雙方對(duì)接匹配，行業(yè)內(nèi)鮮有這方面的研究，文章通過振動(dòng)傳遞理論和實(shí)例，從噪聲傳遞的角度研究和解決了雨刮噪聲問題。

01 振動(dòng)傳遞理論

雨刮系統(tǒng)包括雨刮電機(jī)、雨刮連桿機(jī)構(gòu)、雨刮刮桿和刮片，如圖1所示。來自雨刮電機(jī)、雨刮系統(tǒng)零件間的間隙、結(jié)構(gòu)共振等的結(jié)構(gòu)噪聲是雨刮系統(tǒng)噪聲的根源。結(jié)構(gòu)噪聲能夠通過擋風(fēng)玻璃和車身鈑金傳遞到駕駛室內(nèi)。

隔振就是把振源與連接結(jié)構(gòu)的近剛性連接改成彈性或者阻尼連接，以防止或者減弱振動(dòng)能量的傳遞，最終達(dá)到減振降噪的目的。用插入損失（傳遞路徑連接前后接受體響應(yīng)的有效值之比）來表征隔振的效果，插入損失越大說明隔振效果越好。根據(jù)所選取的接受體響應(yīng)的不同，相應(yīng)的有位移插入損失、速度插入損失和加速度插入損失。

雨刮系統(tǒng)彈性和剛性安裝示意圖，如圖2和圖3所示。F1為振動(dòng)源（雨刮系統(tǒng)）的擾動(dòng)力（N）；V1和V1g分別為彈性和剛性安裝時(shí)振動(dòng)源（雨刮系統(tǒng)）的振動(dòng)速度（m/s）；F2和V2分別為彈性安裝時(shí)傳遞到非剛性車身的力（N）和振動(dòng)速度（m/s）；F2g和V2g分別為剛性安裝時(shí)傳遞到非剛性車身的力（N）和振動(dòng)速度（m/s）；Zm，Zr，Zc分別為振動(dòng)源（雨刮系統(tǒng)）、彈性隔振元件（橡膠墊）和接受體（車身）的機(jī)械阻抗。雨刮系統(tǒng)安裝界面，如圖4所示。從圖4可知，振動(dòng)從雨刮系統(tǒng)經(jīng)由橡膠墊傳遞到車身。



使用四端參數(shù)法分別列出輸入和輸出的關(guān)系式：


插入損失（Lr/dB）表示為：



從式（3）可以看出，使用低剛度的橡膠墊和高剛度的車身可以獲得較大的插入損失，減小從雨刮系統(tǒng)傳遞到車身的振動(dòng)。

02 橡膠墊的應(yīng)用

某新能源汽車雨刮系統(tǒng)在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，雨刮會(huì)產(chǎn)生噪聲，該噪聲來源于雨刮電機(jī)，能夠明顯地被坐在駕駛室的用戶感知到。噪聲峰值頻率1570Hz與電機(jī)旋轉(zhuǎn)的24階頻率一致。車未啟動(dòng)開啟雨刮時(shí)，車內(nèi)噪聲頻譜圖，如圖5所示。



經(jīng)過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該電機(jī)使用在其它車型上時(shí)，在車內(nèi)沒有探測(cè)到此類噪聲，并且該電機(jī)噪聲是該電機(jī)的固有特性，難以在短期內(nèi)解決噪聲源問題。由于雨刮系統(tǒng)與車身直接通過橡膠墊連接，重新設(shè)計(jì)橡膠墊來降低噪聲傳遞，以達(dá)到降低車內(nèi)雨刮噪聲的目的。

根據(jù)式（3），更改橡膠墊材料，使用低硬度的橡膠墊來降低剛度以提高插入損失，改善隔振效果。改善前橡膠墊的硬度是ShoreA55，改善后的硬度是shoreA35。改善前后橡膠墊的動(dòng)剛度數(shù)值，如圖6所示。



改善前后的噪聲頻譜圖，如圖7所示。改善后，24階噪聲從21.4dB（A）降低到13.8dB（A），降低了7.6dB（A），達(dá)到了滿意的結(jié)果。



03 車身剛度應(yīng)用

在車內(nèi)評(píng)價(jià)某雨刮系統(tǒng)噪聲時(shí)，噪聲值未達(dá)到滿意的結(jié)果，經(jīng)過研究，在750Hz處噪聲能夠很明顯地被人耳感知到。

由式（3）可知，提高車身剛度能夠增大插入損失而減少雨刮系統(tǒng)傳遞到車身的振動(dòng)。

為了便于測(cè)量，通常使用錘擊法測(cè)量安裝點(diǎn)的動(dòng)質(zhì)量來評(píng)估車身剛度的影響。動(dòng)質(zhì)量測(cè)試，如圖8所示。



用力錘敲擊安裝點(diǎn)，用加速度傳感器獲取加速度響應(yīng)值，獲得動(dòng)質(zhì)量Ms為：



實(shí)際測(cè)試設(shè)置，如圖9所示。車身安裝點(diǎn)改善前后示意圖，如圖10所示。




對(duì)車身安裝點(diǎn)& 方向進(jìn)行改善，增加L型支撐結(jié)構(gòu)后，在180~580Hz范圍內(nèi)，動(dòng)質(zhì)量明顯提高，如圖11所示。從圖11可以看出，優(yōu)化前在Z方向的180~580Hz范圍內(nèi)，動(dòng)質(zhì)量相對(duì)較低：-30~-40dB[kg]。


改善后車身安裝點(diǎn)的動(dòng)質(zhì)量提高，從雨刮系統(tǒng)傳遞到車身的振動(dòng)噪聲減小，在750Hz處噪聲降低了10dB（A），車內(nèi)主觀噪聲改善明顯，如圖12所示。



04 結(jié)論

低剛度的橡膠墊有助于增大振動(dòng)傳遞，但是在實(shí)際工程實(shí)踐中不能無限度地降低，還需要考慮過低的剛度帶來的負(fù)面效果，比如雨刮系統(tǒng)不穩(wěn)定、橡膠墊斷裂等。通過仿真和試驗(yàn)獲得既滿足振動(dòng)傳遞的要求，又能保證雨刮性能的剛度。車身雨刮安裝點(diǎn)在設(shè)計(jì)過程中，安裝點(diǎn)動(dòng)剛度遠(yuǎn)大于橡膠墊的動(dòng)剛度，可以避免在某些頻率點(diǎn)出現(xiàn)急劇降低的情況。建議整車廠與雨刮系統(tǒng)供應(yīng)商基于文章所述理論，共同仿真和測(cè)試研究，針對(duì)本企業(yè)的車身情況獲得理想的橡膠墊和車身的動(dòng)剛度數(shù)據(jù)，在前期設(shè)計(jì)中避免噪聲的發(fā)生。