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

摘要 

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

0 引言

汽車(chē)關(guān)門(mén)品質(zhì)作為用戶(hù)可以直接感受到的整車(chē)性能表現(xiàn)之一，會(huì)對(duì)整車(chē)的主觀評(píng)價(jià)產(chǎn)生非常直接的影響。關(guān)門(mén)品質(zhì)除了關(guān)門(mén)力、關(guān)門(mén)聲音等性能指標(biāo)之外，還有關(guān)門(mén)耳壓值得關(guān)注。關(guān)門(mén)時(shí)，如果車(chē)內(nèi)乘員感受到較大的耳壓感，會(huì)產(chǎn)生非常大的抱怨。對(duì)于小型車(chē)來(lái)說(shuō)，其車(chē)內(nèi)容積較小，而車(chē)門(mén)并不小，甚至一些兩門(mén)小車(chē)的車(chē)門(mén)比普通四門(mén)乘用車(chē)的車(chē)門(mén)面積更大。對(duì)于這種車(chē)門(mén)大而車(chē)內(nèi)容積小的車(chē)型來(lái)說(shuō)，其關(guān)門(mén)時(shí)車(chē)內(nèi)更容易產(chǎn)生明顯的耳壓感。因此整車(chē)企業(yè)迫切需要針對(duì)關(guān)門(mén)耳壓感問(wèn)題進(jìn)行研究。

有國(guó)外學(xué)者對(duì)關(guān)門(mén)壓力進(jìn)行了仿真研究，LEE． Y． L 和 HWANG． S． H 通過(guò)動(dòng)網(wǎng)格仿真的方法對(duì)關(guān)門(mén)過(guò)程進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，車(chē)內(nèi)壓力升高與車(chē)門(mén)關(guān)閉角速度有較大關(guān)系［1］。在此基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)學(xué)者張瑞通過(guò)仿真的方法對(duì)泄壓孔位置對(duì)關(guān)門(mén)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(mén)角速度的影響。但在仿真過(guò)程中對(duì)車(chē)內(nèi)泄壓閥的泄壓時(shí)間沒(méi)有計(jì)算，而且研究中也沒(méi)有給出明確的優(yōu)化方案。

本文針對(duì)關(guān)門(mén)有明顯耳壓感抱怨的電動(dòng)小車(chē)，首先測(cè)試其關(guān)門(mén)過(guò)程中的車(chē)內(nèi)耳壓和泄壓閥壓力，并同步測(cè)試關(guān)門(mén)時(shí)刻和泄壓閥開(kāi)關(guān)時(shí)刻。然后基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析整個(gè)關(guān)門(mén)過(guò)程中耳壓特征和車(chē)門(mén)及泄壓閥開(kāi)關(guān)信號(hào)特征，進(jìn)一步研究關(guān)門(mén)速度和車(chē)內(nèi)內(nèi)飾路徑對(duì)關(guān)門(mén)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(mén)耳壓試驗(yàn)分析

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

為了測(cè)試關(guān)門(mén)過(guò)程中車(chē)內(nèi)的耳壓變化，試驗(yàn)中在車(chē)內(nèi)主駕頭枕處布置耳壓傳感器。為了同時(shí)測(cè)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(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)檢測(cè)設(shè)備和泄壓閥開(kāi)關(guān)檢測(cè)設(shè)備。當(dāng)車(chē)門(mén)和泄壓閥打開(kāi)時(shí)，檢測(cè)設(shè)備輸出低電平;當(dāng)車(chē)門(mén)和泄壓閥關(guān)閉時(shí)，檢測(cè)設(shè)備輸出高電平。測(cè)試設(shè)備及布置如圖1所示。另外，通過(guò)關(guān)門(mén)速度儀來(lái)保證關(guān)門(mén)速度，以測(cè)試需要研究的關(guān)門(mén)速度下的車(chē)內(nèi)耳壓。

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

圖3展示了電動(dòng)小車(chē)在正常狀態(tài)的關(guān)門(mén)過(guò)程中，同步測(cè)試的關(guān)門(mén)耳壓、泄壓閥處壓力以及車(chē)門(mén)和泄壓閥開(kāi)關(guān)信號(hào)。由圖可知，開(kāi)始關(guān)門(mén)后，隨著車(chē)門(mén)將空氣壓入車(chē)內(nèi)空間，車(chē)內(nèi)耳壓和泄壓閥處壓力開(kāi)始增大，當(dāng)達(dá)到20～30 Pa時(shí)泄壓閥打開(kāi)，開(kāi)始泄壓。但是，由于車(chē)門(mén)壓進(jìn)的空氣比泄壓閥排出的空氣更多、更快，所以車(chē)內(nèi)耳壓和泄壓閥壓力繼續(xù)升高。當(dāng)車(chē)門(mén)關(guān)閉時(shí)，不會(huì)有更多的空氣進(jìn)入車(chē)內(nèi)，而車(chē)內(nèi)的空氣也不再繼續(xù)壓縮，此時(shí)車(chē)內(nèi)耳壓和泄壓閥壓力達(dá)到最大值。通過(guò)泄壓閥和其他孔縫處的泄漏，車(chē)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(kāi)到關(guān)閉之間的時(shí)間就是泄壓時(shí)間。本文重點(diǎn)對(duì)影響主觀感受的耳壓峰值的變化進(jìn)行研究。

2 關(guān)門(mén)耳壓影響因素研究

2．1 關(guān)門(mén)速度對(duì)耳壓影響分析

本電動(dòng)小車(chē)由于車(chē)內(nèi)壓力大的原因，在車(chē)窗關(guān)閉的正常狀態(tài)下，其最小關(guān)門(mén)速度為1．45 m/s左右，已經(jīng)超過(guò)了整車(chē)企業(yè)對(duì)關(guān)門(mén)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(mén)速度儀，在車(chē)窗關(guān)閉的狀態(tài)下，測(cè)試了關(guān)門(mén)速度在1．5～2 m/s范圍內(nèi)的車(chē)內(nèi)耳壓，提取不同關(guān)門(mén)速度下的車(chē)內(nèi)耳壓峰值，如圖4所示。由此可知，車(chē)內(nèi)耳壓峰值與關(guān)門(mén)速度基本成正比，關(guān)門(mén)速度越大，耳壓峰值越大。當(dāng)關(guān)門(mén)速度增大0．5m/s時(shí)，關(guān)門(mén)耳壓峰值增大了150 Pa 左右?？梢?jiàn)關(guān)門(mén)速度對(duì)耳壓的影響非常顯著，若能在較小的關(guān)門(mén)速度下，把車(chē)門(mén)完全關(guān)閉，就可以明顯減少耳壓感抱怨。

2．2 內(nèi)飾對(duì)關(guān)門(mén)耳壓影響分析 

一般情況下，對(duì)于密封狀態(tài)正常的車(chē)輛來(lái)說(shuō)，關(guān)門(mén)時(shí)車(chē)門(mén)壓入的氣體，大部分通過(guò)泄壓閥流出車(chē)外。而氣體在流出過(guò)程中，內(nèi)飾作為車(chē)內(nèi)必不可少的部分，會(huì)對(duì)泄壓路徑產(chǎn)生一定的影響。由耳壓和泄壓閥曲線對(duì)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(duì)泄壓路徑產(chǎn)生的阻力效應(yīng)。

進(jìn)一步對(duì)比在不同關(guān)門(mén)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(mén)速度的增大，該差值有增大的趨勢(shì)。

為了對(duì)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(cè)試在1．5m/s的相同關(guān)門(mén)速度下，關(guān)門(mén)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(duì)泄壓路徑有阻力效應(yīng)。

在關(guān)門(mén)速度為1．5 m/s時(shí)，有無(wú)內(nèi)飾板的關(guān)門(mén)耳壓和泄壓時(shí)間對(duì)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(kāi)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(duì)于小車(chē)大門(mén)的電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，即使拆掉內(nèi)飾板，其車(chē)內(nèi)耳壓仍然較高。而前文2．1節(jié)的研究也表明關(guān)門(mén)耳壓會(huì)隨著關(guān)門(mén)速度的減小而大幅度降低，所以?xún)?yōu)化方案應(yīng)該設(shè)法降低最小關(guān)門(mén)速度。參考特斯拉電動(dòng)車(chē)的無(wú)框車(chē)門(mén)經(jīng)驗(yàn)，在打開(kāi)車(chē)門(mén)后自動(dòng)降低車(chē)窗，并在車(chē)窗降低一定尺寸的狀態(tài)下關(guān)門(mén)，用較小的關(guān)門(mén)力和關(guān)門(mén)速度即可將車(chē)門(mén)關(guān)閉，待車(chē)門(mén)關(guān)閉后再自動(dòng)關(guān)閉車(chē)窗。

本文首先研究了車(chē)窗下降不同尺寸對(duì)最小關(guān)門(mén)速度的影響，如圖8所示。在車(chē)窗完全關(guān)閉時(shí)，該電動(dòng)小車(chē)最小關(guān)門(mén)速度為1．45 m/s左右，隨著車(chē)窗下降尺寸的增大，最小關(guān)門(mén)速度迅速降低。當(dāng)車(chē)窗下降79 mm時(shí)，最小關(guān)門(mén)速度僅為原來(lái)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(mén)速度下，車(chē)窗下降不同尺寸時(shí)對(duì)車(chē)內(nèi)耳壓的影響，如圖9所示。結(jié)果表明，當(dāng)車(chē)窗下降時(shí)，車(chē)內(nèi)耳壓峰值迅速減小，當(dāng)車(chē)窗下降79 mm時(shí)，車(chē)內(nèi)耳壓降到100 Pa 以?xún)?nèi)，車(chē)內(nèi)的主觀感受也得到大幅改善。

考慮到車(chē)窗下降過(guò)多時(shí)，最小關(guān)門(mén)速度太小，關(guān)門(mén)力也很小，會(huì)給用戶(hù)帶來(lái)不好的關(guān)門(mén)感受［4］，所以車(chē)窗不宜下降太多。經(jīng)過(guò)評(píng)估，車(chē)窗下降36 mm時(shí)，既可以解決關(guān)門(mén)耳壓感問(wèn)題，又會(huì)有比較合適的關(guān)門(mén)力和關(guān)門(mén)速度。所以?xún)?yōu)化方案為:車(chē)門(mén)打開(kāi)時(shí)，車(chē)窗自動(dòng)下降36 mm，當(dāng)關(guān)好車(chē)門(mén)后，車(chē)窗再自動(dòng)上升。采用此優(yōu)化方案可解決電動(dòng)小車(chē)的耳壓感問(wèn)題，可以進(jìn)行工程應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)電動(dòng)小車(chē)的關(guān)門(mén)耳壓感問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了新型的測(cè)試方法，可以同步測(cè)試耳壓、泄壓閥壓力以及車(chē)門(mén)和泄壓閥的開(kāi)關(guān)時(shí)刻關(guān)系?；谠摲椒?，首先分析耳壓特征和泄壓過(guò)程，然后研究了關(guān)門(mén)速度和內(nèi)飾板對(duì)關(guān)門(mén)耳壓的影響，進(jìn)一步基于研究結(jié)果提出降低車(chē)窗的方案來(lái)改善耳壓感問(wèn)題，并對(duì)試驗(yàn)效果進(jìn)行了驗(yàn)證。主要結(jié)論如下:

( 1) 車(chē)內(nèi)耳壓主要為20 Hz以下的低頻壓力成分。在車(chē)門(mén)關(guān)閉過(guò)程中，當(dāng)車(chē)內(nèi)壓力升高到20～30 Pa 時(shí)，泄壓閥自動(dòng)打開(kāi)泄壓，當(dāng)車(chē)門(mén)關(guān)閉時(shí)，車(chē)內(nèi)耳壓達(dá)到最大值;

( 2) 關(guān)門(mén)速度與耳壓峰值基本成正比關(guān)系。關(guān)門(mén)速度越大，耳壓峰值越大。內(nèi)飾板對(duì)車(chē)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(mén)時(shí)采用降低車(chē)窗的優(yōu)化方案可以大幅度降低最小關(guān)門(mén)速度和關(guān)門(mén)耳壓峰值。經(jīng)過(guò)綜合評(píng)估，車(chē)窗降低36 mm時(shí)，既能解決關(guān)門(mén)耳壓感問(wèn)題，又能保證適中的關(guān)門(mén)力和最小關(guān)門(mén)速度。