熊辉，李磊，周伟
摘 要：当汽车在高速路面上行驶时汽车会受到风压的影响，尤其是在汽车侧面的车门区域，空气的负压力会让车门开闭件及密封条产生一定的变形，造成路面噪声及风噪声泄露到驾驶舱内，对乘客产生干扰并感觉到不舒适。研究开闭件密封条结构及风压的影响，针对性的改进密封条的结构减少乘客舱内的风噪声，对整车的NVH性能提升至关重要。
关键词：风噪；
门洞密封条；
NVH
中图分类号：U467.4 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2023）03-0048-04
Research on Wind Noise Performance of Automotive
Door Sealing Strip
Xiong Hui， Li Lei， Zhou Wei
（Chery Automobile Co.， Ltd， WuHu 241000， China）
Abstract：
When driving on high-speed roads， the car will be affected by wind pressure， especially in the door area on the side of the car. The negative air pressure will cause certain deformation of the door opening and closing components and sealing strip. Road noise and wind noise leak into the cockpit， causing interference and discomfort to passengers.Studying the structure of the sealing strip of the opening and closing components and the impact of wind pressure， improving the structure of the sealing strip to reduce wind noise in the passenger compartment is crucial for improving the NVH performance of the entire vehicle.
Key Words：
Wind noise; Door Sealing strip; NVH
1 前言
随着汽车技术的发展和提升，消费者对汽车的需求不再是简单的能开和好看，消费者把汽车变成一个移动的家。当用户在购车的时候，更加注重车身乘坐空间及乘坐的舒适性，安静和舒适的驾乘环境也成为消费者判断车辆好坏的关键因素。当车辆行驶时车内噪声随着车速的增加逐步增大。车内噪音主要由动力总成的噪音、路噪和风噪等组成，在不同车速下其对车内噪声的贡献值也不一样。怠速和低速行驶时，燃油车的车内噪声主要由动力总成和传动系统的结构噪声为主，对于新能源车此时无发动机遮蔽路噪会凸显。车辆中高速行驶时，轮胎与路面的噪声是主要的噪声源。當车辆行驶超过70-80km/h时，空气与车身之间的摩擦形成的风噪声成了主要噪声源[1]。针对汽车的噪声各大主机厂都作为重点研究课题。对汽车的结构进行研究，分析其噪声源及传递路径，通过优化设计结构和提升结构模态来隔断或降低噪声的传递，可以有效的提升乘员舱的舒适性。
2 车身密封结构及常见风噪问题
车身的密封系统主要是指车门开闭件与车身骨架本体之间的多个密封零件，主要包含门洞密封条、车门门框密封条、车门玻璃呢槽、车门外挡水条、车门内挡水条、车门下部密封条、车门外边缘密封条等。密封系统主要作用是填充车门等开闭件与车身之间的缝隙，主要保护车门开关、玻璃升降等运动零件与车身骨架及车门的密封，阻挡车辆外部雨水、污浊灰尘空气、车外环境噪声、车辆行驶中车门及玻璃的震动等传递到成员舱内。车门密封系统如图1和图2所示。
车门密封系统最主要的是断面设计，一种好的断面结构可以起到很好的密封效果。密封系统的材料主要为EPDM和钢骨架，一般采用一起挤出工艺成型。其中密封条的材料、厚度、压缩刚性、压缩负荷的设计也很关键。密封系统的主要的工作原理是通过密封条在车门关闭后产生密封条压缩变形，变形后的密封条附着在车门和车身之间的缝隙实现密封。不合理的密封条结构设计会造成密封失效、漏水、漏声、产生噪声、紧固不良和塌陷等问题。
在汽车开发和实验过程中经常会遇到风噪问题。汽车高速行驶的时候，快速流动的风与车身表面如后视镜、A柱、外把手、轮毂等撞击和摩擦以及在某些凹陷处产生气旋从而产生风噪声。这些风噪声透过车门及密封条进入到车内。车辆速度越大风噪音就越大。同时风噪声与车身的薄钢板产生激励和震动并通过车身骨架传递到车身内部。目前主要的风噪声主要如下：
（1）风噪斯斯声，一般是由风挡玻璃、车门及侧窗密封状态不良而产生；
（2）风噪哨声，一般是由于车身缝隙尺寸问题而产生或者后视镜、天线等表面结构件外形设计不合理而产生[2]；
本文主要研究门洞密封条的结构设计对风噪声的影响，通过优化密封条的结构、材料、截面等关键参数改善风噪声通过密封系统渗入到乘员舱，减少风噪声对驾乘人员的影响，提升整体舒适性。
3 门洞密封条风噪问题实验研究
实车的薄板震动也会传导风噪声，用实车研究密封条对风噪声的影响容易受到干扰。用整车风洞实验来验证风噪声是最直接有效的方法，但运用风洞试验研究密封系统的开发性细节方案不仅周期长而且成本高。本次研究建立了一个标准的实验设备，选用了车身门洞密封条进行标准工装的实验研究。详细的实验工装见图3所示。
用一块较厚的钢板代替车门，一块较厚的钢板代替车身。代替车身的钢板设计出安装槽用来安装车身门洞密封条，代替车身的钢板头部加工出密封面用来模拟真实的车门和车身的密封间隙和压缩面。简化了的实验工装很好的去除了车身和车门的钣金及其他附件对实验的影响。中间两块钢板对接处按照实车的密封缝隙及密封条安装结构进行设计和加工。
然后把实验工装安装在实验室中间位置，除了实验工装处在两个实验室中间外，其他的区域全部密封隔离如图4所示。在混响室中放入混响声源和传感器，在消声室中放入声强探头。
通过混响室内传声器测试声源声强SI0，通过消声室内声强探头测量受声侧声强SI1，声强传递损失公式（1）求出。
SIL=SI0-SI1 （1）
实验用500Hz～5000Hz频段进行测试，试验前样件按照20±5℃保温处理24h达到环境条件的平衡。
通过车身门洞密封条的断面研究可知，车身门洞密封条的设计变量有泡管形状、压缩量、压载负荷、材料的密度、材料的厚度、涂层、排气孔等。针对多种变量采用DOE交叉实验，通过隔音量测试结果分析和研究主要影响因子。
用图3和图4所示的试验设备进行实验，用公式（1）对实验数据进行处理，车身门洞密封条的泡管壁厚对隔音量的影响如图5所示，在3150Hz处最大影响量9.5 dB。
车身门洞密封条的压缩量对隔音量的影响如图6所示，在3200Hz处影响量6.3dB。
车身门洞密封条的排气孔对隔音量的影响如图7所示，在3500Hz处影响量5.3Hz。
限于篇幅其他试验详细结果不做展示，通过实验数据汇总和分析后可知，对隔音量影响最大的是密封条泡管形状，其次分别是泡管厚度、压缩量、排气孔、涂层和压载，详细如表1所示。
4 车门密封系统方案优化设计
根据实验研究的结果对车身门洞密封条优化设计泡管形状，在面向车外的根部增加了料厚，将车门侧密封条唇边根部材料由发泡胶更改为密实胶，提高压缩负荷，唇边接口增加凸起筋条为解决前门风噪啸叫[3]。在面向车内的部位料厚适当的变薄，以此来中和料厚增加带来的密封条压载的增加[4-5]。
其次优化了泡管的排气孔，减少车身门洞密封条的排气孔数量5个，仅在视觉及风噪相对不敏感区开孔。整体优化后的截面如图8所示。针对优化的断面进行CAE分析，确保压缩载荷不能明显的增加，避免产生车门闭合力增加带来车门不好关的问题。
通过试验分析可知，优化后隔音量在2500Hz段优化了5.1dB，隔音量平均提升4.1dB，基本满足了目标曲线。然后根据新的断面做了实物样件，并在道路实验场进行80-120km/h的道路风噪测试和主观评价，经过五组车辆和人员组合验证，方案优化和改善了原车的风噪问题。
5 结论
本文设计并建立了一个标准的实验，通过一套实验工装在NVH实验室中开展门洞密封条各设计因子与风噪声的研究，得出如下结论：
（1）门洞密封条对隔音量影响最大的是泡管形状，其次是泡管厚度、压缩量、排气孔、涂层和压载。其他密封系统同类零件可以参考文中的设计方案作出相应的结构优化；
（2）通过文中建立的标准实验工况进行密封系统风噪性能研究，可以在设计前期交叉开展实验研究，有效节省密封系统后期风洞试验、模具开发、设计变更等开发费用和开发周期。本文的NVH风噪声改进案例对整车NVH风噪性能提升也提供了很好的案例参考。
参考文献：
[1]代素珍，DAI Su-zhen，柯有恩，KE You-en.某SUV车型道路风噪测试及改善[J].内燃机与配件. 2019（05）.
[2]雷宇宇.车门密封条风噪问题分析及设计优化[J].时代汽车. 2022（01）.
[3]顾晓卓.某MPV前门区域风噪啸叫与密封优化分析[J/OL].应用声学.https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2121.o4.20230310.1258.002.html.
[4]潘作峰，邓玉伟，郝耀东等动.态密封状态下汽车风噪性能不确定性研究[J].汽车工程. 2021， 43（11）.
[5]孙飞，梁波，刘建伟等.汽车车门密封性能控制与风噪声改善[J].噪声与振动控制. 2015，35（05）.
熊 辉
毕业于大连理工大学，车辆工程专业，硕士学历，现就职于奇瑞汽车股份有限公司，任车身开发主任工程师，工程师职称。目前研究方向：车身安全、NVH、密封性能等内容，已发表文章《双门轿车车身结构的乘员保护》《SUV白车身扭转刚度的分析与优化》《行人保护发动机盖铰链研究》《轿车侧门关闭NVH性能分析》等。
专家推荐语
康润程
国家汽车质量检验检测中心（襄阳）
NVH专业副总师 研究员级高级工程师
本文针对汽车产生风噪原因进行了理論分析，指出在汽车侧面的车门区域，空气的负压力会让车门开闭件及密封系统产生一定的变形，造成路面噪声及风噪声泄露到驾驶舱内，对乘客产生干扰并感觉到不舒适。进行了开闭件的密封条的结构及风压的影响研究，针对门洞密封条开展了试验研究，得到了影响密封条密封性能的结构排序，并指导密封条设计，开展试验验证其有效。
全文结构完整，论点明确、理论较严谨、论据充分、逻辑性较强、可读性强，有一定的实际应用价值。
