电动小车关门耳压感研究及优化

相龙洋,何融,顾彦,等.电动小车关门耳压感研究及优化[J].上海汽车,2019,(11):18-22.

摘要 

电动小车具有小车大门的特征，出现关门力大、关门速度大的问题，进而引起车内耳压感大的抱怨。文章开发了新型试验方法，可同步测试车内耳压、泄压阀压力、车门及泄压阀开关时刻。综合采用时频分析和对比分析等方法，首先分析了关门耳压成分和泄压过程特征，然后研究了关门速度和内饰板对耳压的影响，并根据研究结果提出改善耳压感问题的优化方案。研究表明，关门耳压主要是低频压力成分，耳压峰值与关门速度成正比。内饰板对泄压路径有一定的阻力效应。关门时采用降低车窗的方案可以明显降低最小关门速度和车内耳压，解决了关门耳压感大的问题，达到优化目标。

0 引言

汽车关门品质作为用户可以直接感受到的整车性能表现之一，会对整车的主观评价产生非常直接的影响。关门品质除了关门力、关门声音等性能指标之外，还有关门耳压值得关注。关门时，如果车内乘员感受到较大的耳压感，会产生非常大的抱怨。对于小型车来说，其车内容积较小，而车门并不小，甚至一些两门小车的车门比普通四门乘用车的车门面积更大。对于这种车门大而车内容积小的车型来说，其关门时车内更容易产生明显的耳压感。因此整车企业迫切需要针对关门耳压感问题进行研究。

有国外学者对关门压力进行了仿真研究，LEE． Y． L 和 HWANG． S． H 通过动网格仿真的方法对关门过程进行研究发现，车内压力升高与车门关闭角速度有较大关系［1］。在此基础上，国内学者张瑞通过仿真的方法对泄压孔位置对关门压力的影响进行了研究，发现泄压孔的位置越集中越有利于降低压力峰值［2］。以上基于仿真的研究均重点关注了关门角速度的影响。但在仿真过程中对车内泄压阀的泄压时间没有计算，而且研究中也没有给出明确的优化方案。

本文针对关门有明显耳压感抱怨的电动小车，首先测试其关门过程中的车内耳压和泄压阀压力，并同步测试关门时刻和泄压阀开关时刻。然后基于试验数据，分析整个关门过程中耳压特征和车门及泄压阀开关信号特征，进一步研究关门速度和车内内饰路径对关门耳压的影响。最后根据研究结果，提出工程优化方案，并进行试验效果验证。

1 关门耳压试验分析

作为本文的研究对象，电动小车为大车门小体积的纯电动汽车。其车内容积为2．6 m3，车门仅有两扇，每扇门的面积为0．84 m2。其车门面积与车内容积的比值比一般汽车更大，故在关门时，会进入较多的空气［3］，但是由于车内空间较小，当车内压力迅速上升到较大幅值时，会导致产生明显的关门耳压感抱怨。而且，由于车内压力较大，需要用比较大的力才能关上车门，急需进行优化。

为了测试关门过程中车内的耳压变化，试验中在车内主驾头枕处布置耳压传感器。为了同时测试泄压阀处的压力变化，在泄压阀旁也布置一个压力传感器。另外还布置了车门开关检测设备和泄压阀开关检测设备。当车门和泄压阀打开时，检测设备输出低电平;当车门和泄压阀关闭时，检测设备输出高电平。测试设备及布置如图1所示。另外，通过关门速度仪来保证关门速度，以测试需要研究的关门速度下的车内耳压。

根据测试结果，首先分析关门耳压信号的时频特征，如图2所示。结果表明，关门耳压主要是20 Hz 以下的低频成分，基本没有高频成分。这些低频压力成分作用于人耳，会带来明显的不适感，引起抱怨。

图3展示了电动小车在正常状态的关门过程中，同步测试的关门耳压、泄压阀处压力以及车门和泄压阀开关信号。由图可知，开始关门后，随着车门将空气压入车内空间，车内耳压和泄压阀处压力开始增大，当达到20～30 Pa时泄压阀打开，开始泄压。但是，由于车门压进的空气比泄压阀排出的空气更多、更快，所以车内耳压和泄压阀压力继续升高。当车门关闭时，不会有更多的空气进入车内，而车内的空气也不再继续压缩，此时车内耳压和泄压阀压力达到最大值。通过泄压阀和其他孔缝处的泄漏，车内耳压和泄压阀压力迅速降低，直到其值为0之后，泄压阀关闭。其中泄压阀打开到关闭之间的时间就是泄压时间。本文重点对影响主观感受的耳压峰值的变化进行研究。

2 关门耳压影响因素研究

2．1 关门速度对耳压影响分析

本电动小车由于车内压力大的原因，在车窗关闭的正常状态下，其最小关门速度为1．45 m/s左右，已经超过了整车企业对关门速度的一般要求( 0．6 ～1．3 m/s) ，需要进行优化。

本文在试验中，基于关门速度仪，在车窗关闭的状态下，测试了关门速度在1．5～2 m/s范围内的车内耳压，提取不同关门速度下的车内耳压峰值，如图4所示。由此可知，车内耳压峰值与关门速度基本成正比，关门速度越大，耳压峰值越大。当关门速度增大0．5m/s时，关门耳压峰值增大了150 Pa 左右。可见关门速度对耳压的影响非常显著，若能在较小的关门速度下，把车门完全关闭，就可以明显减少耳压感抱怨。

2．2 内饰对关门耳压影响分析 

一般情况下，对于密封状态正常的车辆来说，关门时车门压入的气体，大部分通过泄压阀流出车外。而气体在流出过程中，内饰作为车内必不可少的部分，会对泄压路径产生一定的影响。由耳压和泄压阀曲线对比可知，泄压阀处压力峰值比耳压峰值明显偏小，这就是内饰对泄压路径产生的阻力效应。

进一步对比在不同关门速度下的耳压和泄压阀处的压力峰值，如图5所示。由图可知，由于内饰路径的阻力效应，泄压阀处压力峰值比耳压峰值小100 Pa以上，随着关门速度的增大，该差值有增大的趋势。

为了对比分析，试验中将泄压阀旁边的内饰板拆掉，如图6所示。再次测试在1．5m/s的相同关门速度下，关门耳压和泄压阀压力及泄压时间的变化。结果表明，拆掉泄压阀处的内饰板后，泄压路径中的阻力消失，泄压畅通，此时泄压阀处压力和耳压几乎完全一致，这也进一步验证了内饰对泄压路径有阻力效应。

在关门速度为1．5 m/s时，有无内饰板的关门耳压和泄压时间对比情况如图7所示。结果表明，拆掉泄压阀旁的内饰板后，泄压路径畅通，泄压更快。从泄压阀打开到关闭之间的泄压时间减少0．02 s，耳压峰值也减少了30 Pa，可在一定程度上优化耳压感表现。

3 耳压感优化方案及效果验证

以上研究表明，内饰路径可以一定程度降低耳压，但对于小车大门的电动车来说，即使拆掉内饰板，其车内耳压仍然较高。而前文2．1节的研究也表明关门耳压会随着关门速度的减小而大幅度降低，所以优化方案应该设法降低最小关门速度。参考特斯拉电动车的无框车门经验，在打开车门后自动降低车窗，并在车窗降低一定尺寸的状态下关门，用较小的关门力和关门速度即可将车门关闭，待车门关闭后再自动关闭车窗。

本文首先研究了车窗下降不同尺寸对最小关门速度的影响，如图8所示。在车窗完全关闭时，该电动小车最小关门速度为1．45 m/s左右，随着车窗下降尺寸的增大，最小关门速度迅速降低。当车窗下降79 mm时，最小关门速度仅为原来的一半左右。然后进一步研究了在1．5 m/s的相同关门速度下，车窗下降不同尺寸时对车内耳压的影响，如图9所示。结果表明，当车窗下降时，车内耳压峰值迅速减小，当车窗下降79 mm时，车内耳压降到100 Pa 以内，车内的主观感受也得到大幅改善。

考虑到车窗下降过多时，最小关门速度太小，关门力也很小，会给用户带来不好的关门感受［4］，所以车窗不宜下降太多。经过评估，车窗下降36 mm时，既可以解决关门耳压感问题，又会有比较合适的关门力和关门速度。所以优化方案为:车门打开时，车窗自动下降36 mm，当关好车门后，车窗再自动上升。采用此优化方案可解决电动小车的耳压感问题，可以进行工程应用。

4 结语

本文针对电动小车的关门耳压感问题，开发了新型的测试方法，可以同步测试耳压、泄压阀压力以及车门和泄压阀的开关时刻关系。基于该方法，首先分析耳压特征和泄压过程，然后研究了关门速度和内饰板对关门耳压的影响，进一步基于研究结果提出降低车窗的方案来改善耳压感问题，并对试验效果进行了验证。主要结论如下:

( 1) 车内耳压主要为20 Hz以下的低频压力成分。在车门关闭过程中，当车内压力升高到20～30 Pa 时，泄压阀自动打开泄压，当车门关闭时，车内耳压达到最大值;

( 2) 关门速度与耳压峰值基本成正比关系。关门速度越大，耳压峰值越大。内饰板对车内泄压路径有一定阻力，当泄压通畅时，可以一定程度降低耳压峰值; 

( 3) 关门时采用降低车窗的优化方案可以大幅度降低最小关门速度和关门耳压峰值。经过综合评估，车窗降低36 mm时，既能解决关门耳压感问题，又能保证适中的关门力和最小关门速度。