汽車關(guān)門玻璃晃動異響研究

劉紅波 許曙光 馬麗萍

摘 要：針對某車型的車門存在的關(guān)門異響問題 建立了玻璃-密封系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)動力學(xué)模型 分析玻璃在關(guān)門過程產(chǎn)生慣性力作用下玻璃晃動的產(chǎn)生機(jī)理、以及影響因素;并對影響玻璃-密封系統(tǒng)中玻璃晃動產(chǎn)生異響的結(jié)構(gòu)參數(shù)和變量進(jìn)行了梳理和總結(jié)。為玻璃-密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、以及優(yōu)化提供了行之有效的方法。

關(guān)鍵詞：玻璃-密封系統(tǒng);導(dǎo)槽;水切;壓縮負(fù)荷;異響

中圖分類號：U463.83+4? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-116-05

Abstract： To identify the influence of sealing strip on the glass impact noise generated at a door-slamming close， a quasi-static physical model and equations of a glass-sealing system are established. The seal lip compressive deformations are derived from those equations to evaluate the factors that can affect the glass displacement under the door slamming inertial load. Main sealing sections and seal strip development section techniques are systematically demonstrated to avoid the impact noise with considering the backlash and clearance designated for the design and manufacturing errors. Finally with a real example， the principal cause of the rear door glass impact noise is found out among all the potential factors by a DOE method. In order to improve this noise， a second lip as a stopper is introduced on the glass guide strip， which can greatly limit the glass movement under a door-slamming force without any reduction of the glass lifting performance.

Keywords： Glass-Sealing System; Guide Strip; Belt strip; Compression Load; Abnormal sound

CLC NO.： U463.83+4? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-116-05

前言

玻璃-密封系統(tǒng)（下稱系統(tǒng)）設(shè)計不合理 會導(dǎo)致玻璃在升降過程中 會出現(xiàn)升降不平穩(wěn) 卡滯/抖動;玻璃傾斜 嚴(yán)重的會脫離玻璃導(dǎo)軌;甚至?xí)l(fā)出刺耳的摩擦響聲[1]。也會導(dǎo)致汽車行駛、或關(guān)閉車門時 玻璃振動異響[2]。

1 玻璃-密封系統(tǒng)

玻璃-密封系統(tǒng)（下稱系統(tǒng)）包括車門玻璃密封條、車門玻璃 還包含玻璃導(dǎo)軌、和玻璃升降器滑塊及導(dǎo)軌的一部分 而車門玻璃密封條包括玻璃導(dǎo)槽密封條（下稱導(dǎo)槽）、和內(nèi)/外玻璃擋水密封條（下稱內(nèi)/外水切）。主要起到防止灰塵、雨水進(jìn)入駕駛艙 減少玻璃振動 隔絕外界噪聲的密封作用;以及保證玻璃升降運(yùn)動平穩(wěn) 容納設(shè)計、制造誤差的作用。

1.1 玻璃與導(dǎo)軌

乘用車車門玻璃的型面一般采用圓環(huán)面、或腰鼓面 形狀通常也不規(guī)則。由于玻璃面在升降方向和車身長度是雙曲率的 因此玻璃升降運(yùn)動是一種上下轉(zhuǎn)動與側(cè)向滑移的合成運(yùn)動 這也導(dǎo)致玻璃導(dǎo)軌的跡線設(shè)計無法精確滿足 只能通過設(shè)計公差進(jìn)行補(bǔ)償[3]。玻璃與安裝在玻璃導(dǎo)軌上的滑塊相連 滑塊與導(dǎo)軌之間設(shè)計有適當(dāng)間隙 用來微調(diào)玻璃上升或下降過程中與導(dǎo)軌之間的位置 減小玻璃運(yùn)動摩擦阻力。

1.2 導(dǎo)槽密封條

玻璃導(dǎo)槽密封條是裝配在車門框?qū)к壣系拿芊鈼l 在玻璃升降過程中導(dǎo)槽密封條與玻璃直接接觸 分三段：前段、上段、和后段。與玻璃接觸的夾持唇邊的接觸面?zhèn)韧ǔ娡磕湍ゲ牧匣蛑步q 其他與玻璃接觸部分則視需要增加聚乙烯層 以減小摩擦和提高耐磨性。窗框?qū)к墝?dǎo)槽進(jìn)行限位 防止因玻璃上升的擠壓而翹曲變形 對車門玻璃的平穩(wěn)升降起到導(dǎo)向和限位重要作用[4]。

1.3 水切密封條

水切鑲嵌或安裝在車門內(nèi)、外鈑金的止口邊上 有時內(nèi)水切與門護(hù)板裝配在一起。玻璃與水切的夾持長度在玻璃下降的過程中是分階段減小的。

2 力學(xué)模型

車門玻璃從完全關(guān)閉下降到完全開啟的過程中 在用力關(guān)門時車可能停留在整個玻璃升降行程的任何位置。由于當(dāng)車門玻璃完全關(guān)閉時 關(guān)門時造成玻璃晃動的可能性小 本文忽略本工況。從玻璃重心與水切在整車Z方向的位置關(guān)系上 存在三種情況：（1）玻璃重心位于水切密封線（面）上方;（2）玻璃與水切密封線重合;（3）玻璃重心位于水切密封線（面）下方。

2.1 密封條壓縮負(fù)荷

壓縮負(fù)荷特性和滑動阻力特性是玻璃密封系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵屬性指標(biāo)。壓縮負(fù)荷特性描述的是單位長度（通常以100mm為單位）導(dǎo)槽或者內(nèi)/外水切密封條的唇邊及其限位結(jié)構(gòu)在受到車窗玻璃擠壓時給予玻璃的反作用力的情況[5]。玻璃密封條的壓縮負(fù)荷特征曲線如圖1所示 通常呈近似兩段的非線性特性 x0、P0分別為設(shè)計狀態(tài)密封唇邊的密封壓縮量和負(fù)荷（為后續(xù)力學(xué)建模方便 引入負(fù)荷參數(shù)f f=（P0/ x0）?100） AC段則可以容納玻璃曲面和玻璃導(dǎo)軌設(shè)計的系統(tǒng)誤差 BC密封唇邊最大壓縮量 而CD段通常由密封斷面上的專門結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 以減少玻璃在關(guān)門沖擊下的晃動和限位。

3.2.3 水切斷面結(jié)構(gòu)

由于設(shè)計誤差導(dǎo)致玻璃面運(yùn)動過程中在整車Y向會有波動 應(yīng)確保唇邊在Y向有足夠的變形量 且在變形區(qū)間內(nèi)不能存在干涉點(diǎn) 否則可能干涉接觸 形成沖擊[7]。

水切的密封部位多采用兩道唇邊的結(jié)構(gòu) 或者單道唇邊加緩沖支撐結(jié)構(gòu) 且下側(cè)的唇邊根部應(yīng)盡可能地與安裝部的邊緣平齊。當(dāng)水切的夾持率小于100% 玻璃晃動時 在唇邊與玻璃夾持的邊緣（圖3b所示）附近 存在玻璃上邊緣與水切基體撞擊的可能。

和導(dǎo)槽密封條一樣 水切唇邊的負(fù)荷特性和壓縮量直接影響玻璃的晃動量。另外 從圖6水切斷面結(jié)構(gòu)看 主要的影響因素還有：（1）玻璃到內(nèi)飾的間隙TN。（2）內(nèi)水切唇邊最大擠壓變形量DM?？紤]玻璃運(yùn)動誤差 DM要盡可能小 并有足夠的擠壓負(fù)荷 減小玻璃的晃動量。（3）水切安裝部邊緣跟最下端密封突起的懸臂長度LR。過長懸臂在玻璃晃動擠壓力作用下 存在水切基體與鈑金接觸 產(chǎn)生異響的風(fēng)險。（4）玻璃與外水切緩沖支持、或者外水切基體間的距離。（5）以及緩沖間隙DS。

4 工程實(shí)例

防玻璃晃動異響的諸多因素需要在產(chǎn)品開發(fā)初期進(jìn)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計 而在驗(yàn)證階段進(jìn)行變更 則可能產(chǎn)生巨大的損失或成本 給設(shè)計變更帶來一定的限制。

本案例是一款A(yù)0級經(jīng)濟(jì)性SUV 后門玻璃下降一半至玻璃完全開啟這一行程內(nèi) 關(guān)門時玻璃晃動 拍打密封條產(chǎn)生異響。運(yùn)用DOE方法對影響因素進(jìn)行識別發(fā)現(xiàn)：由于成本目標(biāo)和重量控制原因 本案例的密封導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)采用了斷面尺寸面積較小、單道唇邊密封結(jié)構(gòu) 沒有緩沖支撐唇邊 造成導(dǎo)槽擠壓變形量DK（圖5所示）過大 屬系統(tǒng)內(nèi)部因素影響。

鑒于該車型后玻璃的曲率小 玻璃曲面在Y方向的運(yùn)動起伏波動（玻璃曲面的設(shè)計誤差較?。┹^小 采用增加緩沖支持唇邊的方面 增加導(dǎo)槽在Y向的搞變形能力 降低玻璃在沖擊載荷下晃動量。具體措施：（1）前后導(dǎo)槽增加內(nèi)側(cè)支撐唇邊;（2）調(diào)整唇邊的角度及屈服點(diǎn)。導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)斷面優(yōu)化前后如圖7所示 優(yōu)化前后的玻璃的升降阻力略有增加（見表1） 但滿足設(shè)計要求 問題得以解決。

5 結(jié)論

汽車關(guān)門時玻璃晃動異響是一個復(fù)雜的綜合問題 影響的因素很多。通過對關(guān)門時玻璃-密封系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)模型 以及影響玻璃晃動異響的分析 可以得出如下結(jié)論：

（1）關(guān)門力、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、和系統(tǒng)誤差是導(dǎo)致玻璃晃動異響的三大主要原因。

（2）當(dāng)采用單道唇邊密封結(jié)構(gòu)時 設(shè)計緩沖結(jié)構(gòu)唇邊可以不增加玻璃升降阻力的情況下 對玻璃的晃動量進(jìn)行有效控制。

（3）導(dǎo)槽和水切的結(jié)構(gòu)斷面的相關(guān)的影響因素 以及與周邊內(nèi)飾、車門鈑金等的最小間隙等因素相互關(guān)聯(lián) 應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)品開發(fā)初期系統(tǒng)規(guī)劃 在工程驗(yàn)證階段進(jìn)行零部件設(shè)計變更 存在有巨大的局限性。

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