相龍洋,何融,顧彥,等.電動(dòng)小車關(guān)門耳壓感研究及優(yōu)化[J].上海汽車,2019,(11):18-22.

摘要 

電動(dòng)小車具有小車大門的特征，出現(xiàn)關(guān)門力大、關(guān)門速度大的問題，進(jìn)而引起車內(nèi)耳壓感大的抱怨。文章開發(fā)了新型試驗(yàn)方法，可同步測試車內(nèi)耳壓、泄壓閥壓力、車門及泄壓閥開關(guān)時(shí)刻。綜合采用時(shí)頻分析和對比分析等方法，首先分析了關(guān)門耳壓成分和泄壓過程特征，然后研究了關(guān)門速度和內(nèi)飾板對耳壓的影響，并根據(jù)研究結(jié)果提出改善耳壓感問題的優(yōu)化方案。研究表明，關(guān)門耳壓主要是低頻壓力成分，耳壓峰值與關(guān)門速度成正比。內(nèi)飾板對泄壓路徑有一定的阻力效應(yīng)。關(guān)門時(shí)采用降低車窗的方案可以明顯降低最小關(guān)門速度和車內(nèi)耳壓，解決了關(guān)門耳壓感大的問題，達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)。

0 引言

汽車關(guān)門品質(zhì)作為用戶可以直接感受到的整車性能表現(xiàn)之一，會對整車的主觀評價(jià)產(chǎn)生非常直接的影響。關(guān)門品質(zhì)除了關(guān)門力、關(guān)門聲音等性能指標(biāo)之外，還有關(guān)門耳壓值得關(guān)注。關(guān)門時(shí)，如果車內(nèi)乘員感受到較大的耳壓感，會產(chǎn)生非常大的抱怨。對于小型車來說，其車內(nèi)容積較小，而車門并不小，甚至一些兩門小車的車門比普通四門乘用車的車門面積更大。對于這種車門大而車內(nèi)容積小的車型來說，其關(guān)門時(shí)車內(nèi)更容易產(chǎn)生明顯的耳壓感。因此整車企業(yè)迫切需要針對關(guān)門耳壓感問題進(jìn)行研究。

有國外學(xué)者對關(guān)門壓力進(jìn)行了仿真研究，LEE． Y． L 和 HWANG． S． H 通過動(dòng)網(wǎng)格仿真的方法對關(guān)門過程進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，車內(nèi)壓力升高與車門關(guān)閉角速度有較大關(guān)系［1］。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)學(xué)者張瑞通過仿真的方法對泄壓孔位置對關(guān)門壓力的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)泄壓孔的位置越集中越有利于降低壓力峰值［2］。以上基于仿真的研究均重點(diǎn)關(guān)注了關(guān)門角速度的影響。但在仿真過程中對車內(nèi)泄壓閥的泄壓時(shí)間沒有計(jì)算，而且研究中也沒有給出明確的優(yōu)化方案。

本文針對關(guān)門有明顯耳壓感抱怨的電動(dòng)小車，首先測試其關(guān)門過程中的車內(nèi)耳壓和泄壓閥壓力，并同步測試關(guān)門時(shí)刻和泄壓閥開關(guān)時(shí)刻。然后基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析整個(gè)關(guān)門過程中耳壓特征和車門及泄壓閥開關(guān)信號特征，進(jìn)一步研究關(guān)門速度和車內(nèi)內(nèi)飾路徑對關(guān)門耳壓的影響。最后根據(jù)研究結(jié)果，提出工程優(yōu)化方案，并進(jìn)行試驗(yàn)效果驗(yàn)證。

1 關(guān)門耳壓試驗(yàn)分析

作為本文的研究對象，電動(dòng)小車為大車門小體積的純電動(dòng)汽車。其車內(nèi)容積為2．6 m3，車門僅有兩扇，每扇門的面積為0．84 m2。其車門面積與車內(nèi)容積的比值比一般汽車更大，故在關(guān)門時(shí)，會進(jìn)入較多的空氣［3］，但是由于車內(nèi)空間較小，當(dāng)車內(nèi)壓力迅速上升到較大幅值時(shí)，會導(dǎo)致產(chǎn)生明顯的關(guān)門耳壓感抱怨。而且，由于車內(nèi)壓力較大，需要用比較大的力才能關(guān)上車門，急需進(jìn)行優(yōu)化。

為了測試關(guān)門過程中車內(nèi)的耳壓變化，試驗(yàn)中在車內(nèi)主駕頭枕處布置耳壓傳感器。為了同時(shí)測試泄壓閥處的壓力變化，在泄壓閥旁也布置一個(gè)壓力傳感器。另外還布置了車門開關(guān)檢測設(shè)備和泄壓閥開關(guān)檢測設(shè)備。當(dāng)車門和泄壓閥打開時(shí)，檢測設(shè)備輸出低電平;當(dāng)車門和泄壓閥關(guān)閉時(shí)，檢測設(shè)備輸出高電平。測試設(shè)備及布置如圖1所示。另外，通過關(guān)門速度儀來保證關(guān)門速度，以測試需要研究的關(guān)門速度下的車內(nèi)耳壓。

根據(jù)測試結(jié)果，首先分析關(guān)門耳壓信號的時(shí)頻特征，如圖2所示。結(jié)果表明，關(guān)門耳壓主要是20 Hz 以下的低頻成分，基本沒有高頻成分。這些低頻壓力成分作用于人耳，會帶來明顯的不適感，引起抱怨。

圖3展示了電動(dòng)小車在正常狀態(tài)的關(guān)門過程中，同步測試的關(guān)門耳壓、泄壓閥處壓力以及車門和泄壓閥開關(guān)信號。由圖可知，開始關(guān)門后，隨著車門將空氣壓入車內(nèi)空間，車內(nèi)耳壓和泄壓閥處壓力開始增大，當(dāng)達(dá)到20～30 Pa時(shí)泄壓閥打開，開始泄壓。但是，由于車門壓進(jìn)的空氣比泄壓閥排出的空氣更多、更快，所以車內(nèi)耳壓和泄壓閥壓力繼續(xù)升高。當(dāng)車門關(guān)閉時(shí)，不會有更多的空氣進(jìn)入車內(nèi)，而車內(nèi)的空氣也不再繼續(xù)壓縮，此時(shí)車內(nèi)耳壓和泄壓閥壓力達(dá)到最大值。通過泄壓閥和其他孔縫處的泄漏，車內(nèi)耳壓和泄壓閥壓力迅速降低，直到其值為0之后，泄壓閥關(guān)閉。其中泄壓閥打開到關(guān)閉之間的時(shí)間就是泄壓時(shí)間。本文重點(diǎn)對影響主觀感受的耳壓峰值的變化進(jìn)行研究。

2 關(guān)門耳壓影響因素研究

2．1 關(guān)門速度對耳壓影響分析

本電動(dòng)小車由于車內(nèi)壓力大的原因，在車窗關(guān)閉的正常狀態(tài)下，其最小關(guān)門速度為1．45 m/s左右，已經(jīng)超過了整車企業(yè)對關(guān)門速度的一般要求( 0．6 ～1．3 m/s) ，需要進(jìn)行優(yōu)化。

本文在試驗(yàn)中，基于關(guān)門速度儀，在車窗關(guān)閉的狀態(tài)下，測試了關(guān)門速度在1．5～2 m/s范圍內(nèi)的車內(nèi)耳壓，提取不同關(guān)門速度下的車內(nèi)耳壓峰值，如圖4所示。由此可知，車內(nèi)耳壓峰值與關(guān)門速度基本成正比，關(guān)門速度越大，耳壓峰值越大。當(dāng)關(guān)門速度增大0．5m/s時(shí)，關(guān)門耳壓峰值增大了150 Pa 左右。可見關(guān)門速度對耳壓的影響非常顯著，若能在較小的關(guān)門速度下，把車門完全關(guān)閉，就可以明顯減少耳壓感抱怨。

2．2 內(nèi)飾對關(guān)門耳壓影響分析 

一般情況下，對于密封狀態(tài)正常的車輛來說，關(guān)門時(shí)車門壓入的氣體，大部分通過泄壓閥流出車外。而氣體在流出過程中，內(nèi)飾作為車內(nèi)必不可少的部分，會對泄壓路徑產(chǎn)生一定的影響。由耳壓和泄壓閥曲線對比可知，泄壓閥處壓力峰值比耳壓峰值明顯偏小，這就是內(nèi)飾對泄壓路徑產(chǎn)生的阻力效應(yīng)。

進(jìn)一步對比在不同關(guān)門速度下的耳壓和泄壓閥處的壓力峰值，如圖5所示。由圖可知，由于內(nèi)飾路徑的阻力效應(yīng)，泄壓閥處壓力峰值比耳壓峰值小100 Pa以上，隨著關(guān)門速度的增大，該差值有增大的趨勢。

為了對比分析，試驗(yàn)中將泄壓閥旁邊的內(nèi)飾板拆掉，如圖6所示。再次測試在1．5m/s的相同關(guān)門速度下，關(guān)門耳壓和泄壓閥壓力及泄壓時(shí)間的變化。結(jié)果表明，拆掉泄壓閥處的內(nèi)飾板后，泄壓路徑中的阻力消失，泄壓暢通，此時(shí)泄壓閥處壓力和耳壓幾乎完全一致，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了內(nèi)飾對泄壓路徑有阻力效應(yīng)。

在關(guān)門速度為1．5 m/s時(shí)，有無內(nèi)飾板的關(guān)門耳壓和泄壓時(shí)間對比情況如圖7所示。結(jié)果表明，拆掉泄壓閥旁的內(nèi)飾板后，泄壓路徑暢通，泄壓更快。從泄壓閥打開到關(guān)閉之間的泄壓時(shí)間減少0．02 s，耳壓峰值也減少了30 Pa，可在一定程度上優(yōu)化耳壓感表現(xiàn)。

3 耳壓感優(yōu)化方案及效果驗(yàn)證

以上研究表明，內(nèi)飾路徑可以一定程度降低耳壓，但對于小車大門的電動(dòng)車來說，即使拆掉內(nèi)飾板，其車內(nèi)耳壓仍然較高。而前文2．1節(jié)的研究也表明關(guān)門耳壓會隨著關(guān)門速度的減小而大幅度降低，所以優(yōu)化方案應(yīng)該設(shè)法降低最小關(guān)門速度。參考特斯拉電動(dòng)車的無框車門經(jīng)驗(yàn)，在打開車門后自動(dòng)降低車窗，并在車窗降低一定尺寸的狀態(tài)下關(guān)門，用較小的關(guān)門力和關(guān)門速度即可將車門關(guān)閉，待車門關(guān)閉后再自動(dòng)關(guān)閉車窗。

本文首先研究了車窗下降不同尺寸對最小關(guān)門速度的影響，如圖8所示。在車窗完全關(guān)閉時(shí)，該電動(dòng)小車最小關(guān)門速度為1．45 m/s左右，隨著車窗下降尺寸的增大，最小關(guān)門速度迅速降低。當(dāng)車窗下降79 mm時(shí)，最小關(guān)門速度僅為原來的一半左右。然后進(jìn)一步研究了在1．5 m/s的相同關(guān)門速度下，車窗下降不同尺寸時(shí)對車內(nèi)耳壓的影響，如圖9所示。結(jié)果表明，當(dāng)車窗下降時(shí)，車內(nèi)耳壓峰值迅速減小，當(dāng)車窗下降79 mm時(shí)，車內(nèi)耳壓降到100 Pa 以內(nèi)，車內(nèi)的主觀感受也得到大幅改善。

考慮到車窗下降過多時(shí)，最小關(guān)門速度太小，關(guān)門力也很小，會給用戶帶來不好的關(guān)門感受［4］，所以車窗不宜下降太多。經(jīng)過評估，車窗下降36 mm時(shí)，既可以解決關(guān)門耳壓感問題，又會有比較合適的關(guān)門力和關(guān)門速度。所以優(yōu)化方案為:車門打開時(shí)，車窗自動(dòng)下降36 mm，當(dāng)關(guān)好車門后，車窗再自動(dòng)上升。采用此優(yōu)化方案可解決電動(dòng)小車的耳壓感問題，可以進(jìn)行工程應(yīng)用。

4 結(jié)語

本文針對電動(dòng)小車的關(guān)門耳壓感問題，開發(fā)了新型的測試方法，可以同步測試耳壓、泄壓閥壓力以及車門和泄壓閥的開關(guān)時(shí)刻關(guān)系?；谠摲椒?，首先分析耳壓特征和泄壓過程，然后研究了關(guān)門速度和內(nèi)飾板對關(guān)門耳壓的影響，進(jìn)一步基于研究結(jié)果提出降低車窗的方案來改善耳壓感問題，并對試驗(yàn)效果進(jìn)行了驗(yàn)證。主要結(jié)論如下:

( 1) 車內(nèi)耳壓主要為20 Hz以下的低頻壓力成分。在車門關(guān)閉過程中，當(dāng)車內(nèi)壓力升高到20～30 Pa 時(shí)，泄壓閥自動(dòng)打開泄壓，當(dāng)車門關(guān)閉時(shí)，車內(nèi)耳壓達(dá)到最大值;

( 2) 關(guān)門速度與耳壓峰值基本成正比關(guān)系。關(guān)門速度越大，耳壓峰值越大。內(nèi)飾板對車內(nèi)泄壓路徑有一定阻力，當(dāng)泄壓通暢時(shí)，可以一定程度降低耳壓峰值; 

( 3) 關(guān)門時(shí)采用降低車窗的優(yōu)化方案可以大幅度降低最小關(guān)門速度和關(guān)門耳壓峰值。經(jīng)過綜合評估，車窗降低36 mm時(shí)，既能解決關(guān)門耳壓感問題，又能保證適中的關(guān)門力和最小關(guān)門速度。