汽車玻璃升降器引起的門板振動及控制

韓國華，趙要珍，曹誠

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

引言

隨著汽車設計水平和造車技術的提高，不同品牌汽車之間的使用性能和安全性能的差別變得越來越小，在這種情況下，汽車的乘坐舒適性就往往成為區分汽車不同品牌之間好壞的因素之一。因此，汽車的乘坐舒適性受到了人們越來越多的關注和重視，并把其作為新車的亮點。噪聲、振動、舒適性是衡量汽車造車質量的一個綜合性指標，其給用戶的感受是最直接和最表面的[1]。

本文針對某轎車門板抖動的問題進行了研究分析，首先進行了噪聲源識別，判斷引起車門是抖動原因，然后對門板抖動進行了理論分析和試車測試評價，并給出了具體的解決方案，解決了汽車門板抖動問題，期望對其他汽車零部件噪聲抱怨問題的解決起到拋磚引玉的作用。

1 問題來源及整車試驗

當駕駛員側玻璃開啟和關閉時，能明顯感覺到門內飾板的振動。針對震動問題，在門板上部加裝速度傳感器（見圖1）。檢測后得知，振動主要來自玻璃升降器電機的1階振動（見圖4），頻率在90～120Hz。

圖1 加速度傳感器布置圖

2 共振理論[2]

簡諧激勵是最常見的外界激勵，在工程中有著廣泛的實際意義，也是分析其他類型激勵產生的振動和噪聲的基礎。例如，可把周期性激勵按傅立葉級數展開為不同頻率的簡諧激勵，然后，應用線性系統的疊加原理求總的響應。

若激勵f（t）=F0sinωt就是正弦簡諧激振力。對于單自由度振系受到的簡諧激振力作用，可得到單自由度振系在簡諧激振力作用下的振動微分方程為：

式中：

F0—力幅；

ω—激振圓頻率。

上式可寫成

式中：

上述方程包括兩部分，齊次方程的通解x1和特解x2即：x=x1+x2。

x1對應有阻尼自由振動齊次方程的解，在弱阻尼（ξ＜1）情況下，可得：

x1代表的是一種衰減振動，只在振動開始的一段時間內才有意義，故為瞬態振動，在一般情況下可以不予考慮。

特解x2代表系統在簡諧激振下產生的簡諧振動，其是一種持續的等幅振動，故稱穩態振動。設特解x2為：

式中：

X—力幅；

ω—激振圓頻率；

φ—響應滯后于激勵的相位差。又有：

將上述三式帶入微分方程式①可得：

又利用三角關系：

比較式②和③，由于對任何瞬時t都成立，故sin(ωt-φ)和cos(ωt-φ)前的系數必須兩兩相等，即：

由此可得：

式中：

所以，求得強迫振動的穩態解為：

由上述強迫振動解可見：在簡諧激振力作用下，強迫振動也為簡諧振動，其頻率與激振頻率ω相同，但相位角滯后φ，這是由于阻尼存在的關系。振幅X與相位差φ都只與系統的固有特性及激振力的性質有關，而與初始條件無關。

由式④取X與X0之比為：

β稱為放大因子，其代表穩態振幅X與激振力F0靜止作用于彈簧上的靜位移X0之比。β不僅隨λ而變，而且還隨ξ值而變。

當λ≈1時，即ω接近p，振幅X急劇增加，β趨向于βmax，這種現象稱為共振。嚴格地講，βmax發生在處，但通常，故ω=p時系統發生共振。由式④可知，此時振幅X達最大值Xmax=，此時φ=。可見，在共振時，Xmax與ξ值有關，ξ值越小，Xmax越大。在ξ=0時，Xmax可達到無窮大。但共振時的φ值與ξ值無關，不論ξ為何值，共振時的φ總為，這是共振時的一個重要特征。

結合共振理論可知，玻璃升降器的一階振動和門系統發生了共振，引起了門板共振。由圖2振動傳函（力錘激勵玻璃升降器電機，在門板上拾振）可知，加隔振墊片后，共振頻率發生的偏移，進而大大改善了門板振動。

圖2 加隔振墊片前后傳遞函數圖

3 解決方案

針對此轎車門板振動問題，考慮到更改電機和門板結構的成本和周期等因素，采取了在玻璃升降器和門板之間加隔振墊片（見圖3），從傳遞路徑上來減輕門板振動的問題。

圖3 玻璃升降器和門板之間隔振墊片圖

圖4是加隔振墊片前后的門板振動對比圖，主觀評價和客觀測試顯示，對玻璃升降器加隔振墊片可以解決門板振動問題。

圖4 加隔振墊片前后門板振動對比

4 結語

針對汽車玻璃升降器引起的門板抖動問題，本文先進行了振動源識別，確定了振動來自玻璃升降器1階主頻和門板發生共振，并進行了共振理論分析，同時給出了解決此問題的措施：采用在玻璃升降器電機和門板之間加隔振墊片。

聲學試驗和主觀評價一致表明：采用上述優化措施后，汽車門板振動問題得到了消除。