汽车关门玻璃晃动异响研究

2020-10-28刘红波许曙光马丽萍

汽车实用技术 2020年18期

刘红波许曙光马丽萍

摘要：针对某车型的车门存在的关门异响问题建立了玻璃-密封系统的准静态动力学模型分析玻璃在关门过程产生惯性力作用下玻璃晃动的产生机理、以及影响因素;并对影响玻璃-密封系统中玻璃晃动产生异响的结构参数和变量进行了梳理和总结。为玻璃-密封系统的结构设计、以及优化提供了行之有效的方法。

关键词：玻璃-密封系统;导槽;水切;压缩负荷;异响

中图分类号：U463.83+4 文献标识码：A 文章编号：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（下称系统）设计不合理会导致玻璃在升降过程中会出现升降不平稳卡滞/抖动;玻璃倾斜严重的会脱离玻璃导轨;甚至会发出刺耳的摩擦响声[1]。也会导致汽车行驶、或关闭车门时玻璃振动异响[2]。

1 玻璃-密封系统

玻璃-密封系统（下称系统）包括车门玻璃密封条、车门玻璃还包含玻璃导轨、和玻璃升降器滑块及导轨的一部分而车门玻璃密封条包括玻璃导槽密封条（下称导槽）、和内/外玻璃挡水密封条（下称内/外水切）。主要起到防止灰尘、雨水进入驾驶舱减少玻璃振动隔绝外界噪声的密封作用;以及保证玻璃升降运动平稳容纳设计、制造误差的作用。

1.1 玻璃与导轨

乘用车车门玻璃的型面一般采用圆环面、或腰鼓面形状通常也不规则。由于玻璃面在升降方向和车身长度是双曲率的因此玻璃升降运动是一种上下转动与侧向滑移的合成运动这也导致玻璃导轨的迹线设计无法精确满足只能通过设计公差进行补偿[3]。玻璃与安装在玻璃导轨上的滑块相连滑块与导轨之间设计有适当间隙用来微调玻璃上升或下降过程中与导轨之间的位置减小玻璃运动摩擦阻力。

1.2 导槽密封条

玻璃导槽密封条是装配在车门框导轨上的密封条在玻璃升降过程中导槽密封条与玻璃直接接触分三段：前段、上段、和后段。与玻璃接触的夹持唇边的接触面侧通常喷涂耐磨材料或植绒其他与玻璃接触部分则视需要增加聚乙烯层以减小摩擦和提高耐磨性。窗框导轨对导槽进行限位防止因玻璃上升的挤压而翘曲变形对车门玻璃的平稳升降起到导向和限位重要作用[4]。

1.3 水切密封条

水切镶嵌或安装在车门内、外钣金的止口边上有时内水切与门护板装配在一起。玻璃与水切的夹持长度在玻璃下降的过程中是分阶段减小的。

2 力学模型

车门玻璃从完全关闭下降到完全开启的过程中在用力关门时车可能停留在整个玻璃升降行程的任何位置。由于当车门玻璃完全关闭时关门时造成玻璃晃动的可能性小本文忽略本工况。从玻璃重心与水切在整车Z方向的位置关系上存在三种情况：（1）玻璃重心位于水切密封线（面）上方;（2）玻璃与水切密封线重合;（3）玻璃重心位于水切密封线（面）下方。

2.1 密封条压缩负荷

压缩负荷特性和滑动阻力特性是玻璃密封系统设计的关键属性指标。压缩负荷特性描述的是单位长度（通常以100mm为单位）导槽或者内/外水切密封条的唇边及其限位结构在受到车窗玻璃挤压时给予玻璃的反作用力的情况[5]。玻璃密封条的压缩负荷特征曲线如图1所示通常呈近似两段的非线性特性 x0、P0分别为设计状态密封唇边的密封压缩量和负荷（为后续力学建模方便引入负荷参数f f=（P0/ x0）?100） AC段则可以容纳玻璃曲面和玻璃导轨设计的系统误差 BC密封唇边最大压缩量而CD段通常由密封断面上的专门结构实现以减少玻璃在关门冲击下的晃动和限位。

3.2.3 水切断面结构

由于设计误差导致玻璃面运动过程中在整车Y向会有波动应确保唇边在Y向有足够的变形量且在变形区间内不能存在干涉点否则可能干涉接触形成冲击[7]。

水切的密封部位多采用两道唇边的结构或者单道唇边加缓冲支撑结构且下侧的唇边根部应尽可能地与安装部的边缘平齐。当水切的夹持率小于100% 玻璃晃動时在唇边与玻璃夹持的边缘（图3b所示）附近存在玻璃上边缘与水切基体撞击的可能。

和导槽密封条一样水切唇边的负荷特性和压缩量直接影响玻璃的晃动量。另外从图6水切断面结构看主要的影响因素还有：（1）玻璃到内饰的间隙TN。（2）内水切唇边最大挤压变形量DM。考虑玻璃运动误差 DM要尽可能小并有足够的挤压负荷减小玻璃的晃动量。（3）水切安装部边缘跟最下端密封突起的悬臂长度LR。过长悬臂在玻璃晃动挤压力作用下存在水切基体与钣金接触产生异响的风险。（4）玻璃与外水切缓冲支持、或者外水切基体间的距离。（5）以及缓冲间隙DS。

4 工程实例

防玻璃晃动异响的诸多因素需要在产品开发初期进行系统的分析与设计而在验证阶段进行变更则可能产生巨大的损失或成本给设计变更带来一定的限制。

本案例是一款A0级经济性SUV 后门玻璃下降一半至玻璃完全开启这一行程内关门时玻璃晃动拍打密封条产生异响。运用DOE方法对影响因素进行识别发现：由于成本目标和重量控制原因本案例的密封导槽结构采用了断面尺寸面积较小、单道唇边密封结构没有缓冲支撑唇边造成导槽挤压变形量DK（图5所示）过大属系统内部因素影响。

鉴于该车型后玻璃的曲率小玻璃曲面在Y方向的运动起伏波动（玻璃曲面的设计误差较小）较小采用增加缓冲支持唇边的方面增加导槽在Y向的搞变形能力降低玻璃在冲击载荷下晃动量。具体措施：（1）前后导槽增加内侧支撑唇边;（2）调整唇边的角度及屈服点。导槽结构断面优化前后如图7所示优化前后的玻璃的升降阻力略有增加（见表1）但满足设计要求问题得以解决。

5 结论

汽车关门时玻璃晃动异响是一个复杂的综合问题影响的因素很多。通过对关门时玻璃-密封系统的准静态力学模型以及影响玻璃晃动异响的分析可以得出如下结论：

（1）关门力、系统结构、和系统误差是导致玻璃晃动异响的三大主要原因。

（2）当采用单道唇边密封结构时设计缓冲结构唇边可以不增加玻璃升降阻力的情况下对玻璃的晃动量进行有效控制。

（3）导槽和水切的结构断面的相关的影响因素以及与周边内饰、车门钣金等的最小间隙等因素相互关联应当在产品开发初期系统规划在工程验证阶段进行零部件设计变更存在有巨大的局限性。

参考文献

[1] 陈建海，余辉，严娜娜.某量产车型前门窗玻璃升降抖动问题研究[J].企业科技与发展，2012年第20期.

[2] 成淑仪，苟洪东.侧门玻璃降到底时关门振动异响问题[J].时代汽车，2018年08期.

[3] 高大威，高云凯，周晓燕等.基于鼓形面的车门玻璃及导轨设计[J].同济大学学报（自然科学版），2012年1月.

[4] 陈泉，郑华春，张建森等.汽车玻璃导轨结构对车窗升降的影响分析[J].汽车与配件，2011年第40期.

[5] 黄燕敏，郭永进，周致宏.轿车导槽密封条的计算机仿真与结构改进研究[J].上海汽车，2009年第9期.

[6] 田永，韦俊.汽车车门玻璃导槽的断面设计和成型工艺研究[J].机械制造.第51卷，第583期 2013年3月.