汽車減壓閥的設(shè)計(jì)優(yōu)化

朱錦華，彭翼尖，彭宏,李東強(qiáng)，孫敏

(廣汽汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

隨著人們對乘用車操作舒適性和品質(zhì)感要求的提高，人們對車門開閉力大小、關(guān)門的聲品質(zhì)等都提出了更高的要求。車門開閉感與鉸鏈、限位器、膠條等零件有很強(qiáng)的相關(guān)性，同時與減壓閥也有一定的關(guān)系，優(yōu)化減壓閥結(jié)構(gòu)能夠在一定程度上改善車門靜態(tài)關(guān)門力及車內(nèi)壓耳感。作者對減壓閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并且完成對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)改善后的減壓閥能有效減低車門靜態(tài)關(guān)門力，同時降低車內(nèi)壓耳感，給用戶帶來更好的操作體驗(yàn)和更舒適的乘坐體驗(yàn)。

1 減壓閥的簡單介紹和零件組成

減壓閥主要作用是平衡車內(nèi)外的氣壓差，引導(dǎo)車內(nèi)氣流流向[1]，從而減小車門關(guān)閉阻力，降低乘客壓耳感，同時防止車外氣體回流泄漏到車內(nèi)，保證更好的除霜除霧效果以及乘坐舒適性。減壓閥一般布置在車身兩側(cè)或者尾部，如圖1所示。

圖1 減壓閥位置示意

減壓閥零件的組成包含以下內(nèi)容：密封條、本體、葉片，如圖2所示。

圖2 減壓閥結(jié)構(gòu)示意

2 某SUV車型面臨的問題

市場上較多車型存在車門難關(guān)、關(guān)門瞬間的壓耳感明顯，并且在車門閉合時減壓閥有異響的問題。針對這些問題，某公司選取某SUV車型，開展相關(guān)的試驗(yàn)和整改，并取得了較好的改善效果。以下對此次具體的設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行說明。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證減壓閥對車門關(guān)門速度和壓耳感的影響

3.1 減壓閥開口面積與車門面積關(guān)系

在保證NVH性能情況下，減壓閥開口面積AEC與車門面積AD比例要處于合理范圍,即當(dāng)AD大時，AEC應(yīng)盡量大，如圖3所示，才可以實(shí)現(xiàn)增大減壓閥有效排氣面積的目的。

圖3 減壓閥開口面積與車門面積示意

由圖4可以看出：該SUV車型在相同車門面積情況下，所對應(yīng)減壓閥開口面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于趨勢線，可以證明某SUV的減壓閥開口面積較小。因減壓閥開口面積是減壓閥有效排氣面積的先決條件，從而進(jìn)一步證明，車門面積越大，則減壓閥開口面積也需相應(yīng)增大[2]。

圖4 減壓閥開口面積隨車門面積趨勢

3.2 減壓閥面積對最小關(guān)門速度及壓耳感影響

隨著減壓閥有效排氣面積的增大，對整車最小關(guān)門速度有一定改善；其次，出風(fēng)面積增大有助于關(guān)門瞬間氣壓外排，能夠有效改善關(guān)門瞬間壓耳感。主觀感受車內(nèi)氣壓差大于25 Pa 開始有壓耳感。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 該SUV車型排氣面積對最小關(guān)門速度及壓耳感影響

3.3 減壓閥面積對NVH的影響

為了改善開關(guān)門品質(zhì)和壓耳感，需增大減壓閥的面積，但增大減壓閥的面積可能會對NVH有一定的影響。為了驗(yàn)證對NVH的影響，從以下幾個方面進(jìn)行了測試驗(yàn)證。

3.3.1 ATF(Acoustic Transfer Function，整車噪聲傳遞函數(shù))

通過測試，拆卸減壓閥后，不同面積的鈑金孔對整車的噪聲影響如圖5、圖6所示，其開孔面積對整車ATF性能總體無影響；裝上減壓閥，不同通流面積對整車噪聲的影響如圖7、圖8所示，去除減壓閥葉片，其開孔面積增大，ATF有下降趨勢，但隨開孔面積逐漸增大，下降趨勢逐漸變緩。圖中PL表示右后左耳。

圖5 PL-排氣管-ATF的影響(無減壓閥)

圖6 PL-右后輪-ATF的影響(無減壓閥)

圖7 PL-排氣管-ATF的影響(帶減壓閥)

圖8 PL-右后輪-ATF的影響(帶減壓閥)

3.3.2 怠速噪聲

根據(jù)測試結(jié)果(圖9—圖12)，減壓閥的開閉(即排氣面積)對怠速工況車內(nèi)噪聲基本無影響。圖中P、R、D分別表示車輛狀態(tài)，P為停車狀態(tài)，R為倒車狀態(tài)，D為行車狀態(tài)。

圖9 減壓閥的開閉對怠速工況車內(nèi)噪聲影響(第二排，空調(diào)關(guān)閉)

圖10 減壓閥的開閉對怠速工況車內(nèi)噪聲影響(第三排，空調(diào)關(guān)閉)

圖11 減壓閥的開閉對怠速工況車內(nèi)噪聲影響(第二排，空調(diào)打開)

圖12 減壓閥的開閉對怠速工況車內(nèi)噪聲影響(第三排，空調(diào)打開)

3.3.3 路噪及加速

根據(jù)測試結(jié)果，路噪隨減壓閥開口變化影響較小，如表2所示；加速噪聲隨減壓閥打開面積變化影響較小，如圖13所示；車內(nèi)語言清晰度在3 500 r/min以上開始隨減壓閥打開面積的增加而有所下降，如圖14所示。綜合以上試驗(yàn)及分析，可知增加減壓閥面積對整車NVH性能影響很小。

表2 路噪性能測試

圖13 第三排右后乘客左耳加速噪聲

圖14 第三排右后乘客左耳加速語言清晰度

3.4 減壓閥優(yōu)化前后對排氣量及壓耳感影響對比

通過增大減壓閥的開口尺寸進(jìn)行性能優(yōu)化，對比圖15和圖16，優(yōu)化后的減壓閥在相同車內(nèi)氣壓下，有效排氣面積有明顯提升。且優(yōu)化后的減壓閥在25 Pa壓差下，葉片已基本完全打開，獲得最大的排氣面積，也對壓耳感有明顯提升。

圖15 原減壓閥

圖16 優(yōu)化后減壓閥

4 減壓閥噪聲控制

噪聲控制一般考慮3個工況下的噪聲：靜態(tài)關(guān)門噪聲、普通道路行駛噪聲以及高速道路行駛噪聲。

靜態(tài)關(guān)門噪聲是指車窗全關(guān)閉狀態(tài)下，關(guān)閉汽車前門時，導(dǎo)致的減壓閥葉片打開和關(guān)閉的噪聲。普通道路行駛噪聲是指減壓閥葉片在汽車行駛過程中，葉片來回拍打的噪聲。參考正常的行駛習(xí)慣，一般是在普通公路上以時速 40～80 km/h 勻速行駛，并依次將兩側(cè)車門玻璃分別下降一半和全部下降，確認(rèn)減壓閥處有無異響，如果有異響現(xiàn)象，則說明減壓閥的布置位置不合理，導(dǎo)致排氣量較大，葉片反復(fù)拍打本體產(chǎn)生異響。如圖17所示，靜態(tài)關(guān)門噪聲和普通道路行駛噪聲問題都可通過調(diào)整減壓閥的位置或者在葉片背側(cè)增加一層無紡布的方式解決[5]。

高速道路行駛噪聲，一般為空調(diào)打開外循環(huán)并行駛在高速公路上時，葉片飄起顫動的聲音，如圖18所示。

圖17 葉片拍打噪聲示意

圖18 高速葉片噪聲示意

一般可以通過壓條來解決，如圖19所示。為了更好地隔絕外部的胎噪路噪，可以用增加隔音罩和吸音棉的方式來解決，如圖20、圖21所示。

圖19 壓條示意

圖20 外部噪聲示意

圖21 隔音罩示意

但是考慮隔音罩對空間要求較大，一般車型很難滿足空間要求，因此在布置減壓閥時錯開行李箱內(nèi)飾件上的網(wǎng)格狀通風(fēng)孔，并在行李箱內(nèi)飾件與減壓閥之間增加吸音棉(吸音棉焊接在行李箱內(nèi)內(nèi)飾件上)，也能在一定程度上改善噪聲情況。

5 結(jié)論

通過以上優(yōu)化，提高開關(guān)門品質(zhì)，有效改善了壓耳感，并且能較好控制噪聲。不同車型因車身結(jié)構(gòu)、車門大小、車內(nèi)空間等不同，對減壓閥的要求有一定的差異。但是如果能讓減壓閥達(dá)到一定的排氣面積，就能較好地起到減壓作用。優(yōu)化后的減壓閥作為平臺件廣泛應(yīng)用在MPV、SUV、轎車中，能有效降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。