汽車側窗玻璃沖頂聲音品質研究

劉士遠 劉艷華 秦令劍 劉健平 李錦

摘 要：為了提高汽車側窗玻璃上升到頂與窗框產生的撞擊聲聲音品質，本文通過對市場上主流車型進行數據收集，列出其中主要影響因素;并應用DFSS方法進行優化，定義了客戶要求對應的工程指標，進行優化方案選擇及驗證，此方案在實驗和實際生產中被驗證是有效的。

關鍵詞：玻璃沖頂;六西格瑪設計;玻璃導槽密封條;聲音品質

1 前言

當前社會客使用者對轎車的使用舒適性要求越來越高，玻璃上升沖頂聲音大會令乘客感到厭煩和不愉悅。本文應用通用汽車體系客戶主觀評價指標（GMUTS），對樣本車輛進行玻璃沖頂聲音進行打分，借助DFSS工具轉化成可測量的工程指標，并進行概念選擇。

這里將GMUTS評價指標簡化為“不（可接受）”、“可（接受）”、“好”三個等級。

2 產生機理

聲音產生過程為玻璃上升進入玻璃導槽roof段時，與玻璃導槽密封條（GRC）和窗框組成的系統發生撞擊，產生沖頂聲音;即玻璃速度的初始動能，被玻璃導槽密封條阻力和窗框變形吸收，剩余的能量轉化成窗框振動聲音。系統對玻璃動能吸收得越多，速度殘余能量越小，聲音品質越良好。

沖頂聲音大小的主要影響因素有：

（1）沖頂后窗框的變形量;

（2）玻璃的上升速度;

（3）GRC的緩沖能力及與玻璃之間的摩擦阻力;

（4）玻璃上升到頂與窗框的接觸點。

2.1 窗框結構的影響

選取APH窗框結構和FUG結構的車型進行窗框變形量測量，測量方式為玻璃上升和下降狀態下測量窗框和門框的間隙，進行玻璃兩種狀態下間隙變化量對比，每輛車車輛5個點。FUG結構樣本：E1，E2，E3，E4;APH結構樣本：E5，E6，E7，E8。

數據顯示APH窗框變形比FUG小，因此吸收能量少，所以對玻璃沖頂的控制能力差于FUG結構。

2.2 玻璃運行速度的影響

收集市面三種車門結構的不同車型玻璃上升沖頂聲音，發現當車門結構相同時上升速度越快沖頂聲音打分越低，容易產生沖頂聲音。

2.3 玻璃導槽密封條影響

根據能量守恒，假設玻璃速度的初始動能被玻璃導槽密封條阻力和窗框吸收，剩余的能量轉化成窗框振動聲音。剩余能量越小聲音越小。玻璃導槽密封條阻力一部分為玻璃上升過程中兩側導軌給予的摩擦阻力;另一部分為當玻璃頂部切邊入槽接觸到GRC頂部后roof段給予的反作用力。

尼槽與玻璃間的摩擦力阻礙玻璃升降，所以在保證密封的前提下要盡量減小摩擦力。[1]減小摩擦阻力不是減小玻璃沖頂聲音的優化方向。

玻璃導槽密封條roof段給予玻璃上升的反作用力，可以通過增加緩沖特征來提前吸收動能，降低玻璃置頂時速度。

玻璃導槽密封條roof段有緩沖唇邊結構經過FEA虛擬評估。圖3中玻璃與緩沖唇邊起始接觸點為-2mm位置，在0.5mm附近為沖擊終止點，曲線與位移之間形成的面積即作為唇邊吸收的能量G0，假設無緩沖唇邊結構玻璃導槽密封條沖頂過程吸能值G1，G0與G1的差值遠遠大于G1，所以增加緩沖唇邊會對玻璃沖頂有明顯改善。

2.4 玻璃上升到頂與窗框的接觸點位置

沖頂聲音品質主要取決于聲音的大小，即響度。響度主要由聲源振動的幅度決定，聲源的振幅越大，響度就越強，聲音就越大;反之聲音則越小。

車門窗框roof中間段對比兩端振幅大，引起空氣振動的幅度也越大，受到玻璃上升撞擊聲音大;靠近豎直段的窗框振幅小，引起空氣振動的幅度小，受到撞擊聲音小。通過以下實驗驗證。將roof段分為R1-R5 5段和兩個接角W1和W2，排列組合進行試驗：

（1）拆除R3段，沖頂改善明顯;

（2）拆除R1-R5段只留W1和W2，沖頂改善更加明顯。

結論為：玻璃上切邊入槽后兩端點先接觸，避免沖擊窗框中部，沖頂聲音明顯改善。

3 玻璃上升沖頂聲音的優化

DFSS（六西格瑪設計，Design for Six Sigma）是從20世紀90年代出現并流行于電子行業的跨國公司，到目前已被全球各大汽車制造商和零部件供應商廣泛應用，并在產品和質量等諸多方面取得了成效[2-3]。

3.1 識別機會Identify Opportunity

見本文2.2對12款車進行GMUST打分，有4款車不可接受。

3.2 定義要求Define Requirement

3.3 開發概念Develop Concept

通過市面上的主流車型對標以及對沖頂聲音影響因素的考慮，從車輛GRC有無緩沖唇邊;接角有無止位塊;玻璃上升與窗框的接觸點，三個概念維度進行考慮。

玻璃導槽密封條roof段的緩沖能力，接角有無限位，玻璃切邊與窗框接觸點都會影響到玻璃沖頂聲音，同時玻璃切邊與導槽密封條roof段的接觸長度決定了密封性是否有損失，密封狀態是否良好;玻璃切邊與導槽密封條的接觸長度越長，玻璃升降耐久沖擊接觸面積大，對耐久性越好，反之局部沖擊耐久欠佳。由此確定影響客戶要求和工程指標的3個主要因素，假設三個因素重要等級相同條件下進行評估：

Y1：沖頂聲音

Y2：密封性

Y3：耐久性

以上8個概念在Y1到Y3四個維度上進行普世分析，以概念1為base方案進行第一輪對比，5個概念不低于base概念水平;概念8做base概念進行第二輪對比，概念7總體水平好于概念8，其中在Y1維度上水平略低于概念8，但是在Y2和Y3維度上優于概念8，選擇概念7作為最優概念。

3.4 確認Verify

概念7進行實驗確認。

靜音室內測試響度結果為63.5dB，小于3.2中定義的要求66.2dB。

以上概念選擇在實際生產中得到應用，方案是有效的。

4 結束語

本文通過數據收集和實驗綜合闡述了玻璃上升沖頂聲音與主要影響因素之間的關系，同時也闡述了玻璃沖頂聲音的優化方向和，本文優化措施在量產車型和新開發項目中已有實際應用，驗證是有效的。

參考文獻：

[1]韓國華，許雪瑩，侯艷芳.搖窗機聲音品質研究[J].汽車工程學報，2011（z1）.

[2]郭峰.6Sigma設計在汽車設計中的應用[J].汽車工程，2006，28（10）.

[3]朱正禮，杜建福，蘭志波.DFSS在新能源汽車電子產品開發中的應用[J].機械設計與制造，2012（02）.

作者簡介：劉士遠（1987-），女，吉林人，本科，工程師，研究方向：汽車門蓋密封系統開發。