汽车减压阀的设计优化

0 引言

随着人们对乘用车操作舒适性和品质感要求的提高，人们对车门开闭力大小、关门的声品质等都提出了更高的要求。车门开闭感与铰链、限位器、胶条等零件有很强的相关性，同时与减压阀也有一定的关系，优化减压阀结构能够在一定程度上改善车门静态关门力及车内压耳感。作者对减压阀的结构进行优化，并且完成对应的实验验证，确认改善后的减压阀能有效减低车门静态关门力，同时降低车内压耳感，给用户带来更好的操作体验和更舒适的乘坐体验。

1 减压阀的简单介绍和零件组成

减压阀主要作用是平衡车内外的气压差，引导车内气流流向[1]，从而减小车门关闭阻力，降低乘客压耳感，同时防止车外气体回流泄漏到车内，保证更好的除霜除雾效果以及乘坐舒适性。减压阀一般布置在车身两侧或者尾部，如图1所示。

图1 减压阀位置示意

减压阀零件的组成包含以下内容：密封条、本体、叶片，如图2所示。

图2 减压阀结构示意

2 某SUV车型面临的问题

市场上较多车型存在车门难关、关门瞬间的压耳感明显，并且在车门闭合时减压阀有异响的问题。针对这些问题，某公司选取某SUV车型，开展相关的试验和整改，并取得了较好的改善效果。以下对此次具体的设计优化进行说明。

3 试验验证减压阀对车门关门速度和压耳感的影响

3.1 减压阀开口面积与车门面积关系

在保证NVH性能情况下，减压阀开口面积AEC与车门面积AD比例要处于合理范围,即当AD大时，AEC应尽量大，如图3所示，才可以实现增大减压阀有效排气面积的目的。

图3 减压阀开口面积与车门面积示意

由图4可以看出：该SUV车型在相同车门面积情况下，所对应减压阀开口面积远远低于趋势线，可以证明某SUV的减压阀开口面积较小。因减压阀开口面积是减压阀有效排气面积的先决条件，从而进一步证明，车门面积越大，则减压阀开口面积也需相应增大[2]。

图4 减压阀开口面积随车门面积趋势

3.2 减压阀面积对最小关门速度及压耳感影响

随着减压阀有效排气面积的增大，对整车最小关门速度有一定改善；其次，出风面积增大有助于关门瞬间气压外排，能够有效改善关门瞬间压耳感。主观感受车内气压差大于25 Pa 开始有压耳感。试验数据见表1。

表1 该SUV车型排气面积对最小关门速度及压耳感影响

3.3 减压阀面积对NVH的影响

为了改善开关门品质和压耳感，需增大减压阀的面积，但增大减压阀的面积可能会对NVH有一定的影响。为了验证对NVH的影响，从以下几个方面进行了测试验证。

3.3.1 ATF(Acoustic Transfer Function，整车噪声传递函数)

通过测试，拆卸减压阀后，不同面积的钣金孔对整车的噪声影响如图5、图6所示，其开孔面积对整车ATF性能总体无影响；装上减压阀，不同通流面积对整车噪声的影响如图7、图8所示，去除减压阀叶片，其开孔面积增大，ATF有下降趋势，但随开孔面积逐渐增大，下降趋势逐渐变缓。图中PL表示右后左耳。

图5 PL-排气管-ATF的影响(无减压阀)

图6 PL-右后轮-ATF的影响(无减压阀)

图7 PL-排气管-ATF的影响(带减压阀)

图8 PL-右后轮-ATF的影响(带减压阀)

3.3.2 怠速噪声

根据测试结果(图9—图12)，减压阀的开闭(即排气面积)对怠速工况车内噪声基本无影响。图中P、R、D分别表示车辆状态，P为停车状态，R为倒车状态，D为行车状态。

图9 减压阀的开闭对怠速工况车内噪声影响(第二排，空调关闭)

图10 减压阀的开闭对怠速工况车内噪声影响(第三排，空调关闭)

图11 减压阀的开闭对怠速工况车内噪声影响(第二排，空调打开)

图12 减压阀的开闭对怠速工况车内噪声影响(第三排，空调打开)

3.3.3 路噪及加速

根据测试结果，路噪随减压阀开口变化影响较小，如表2所示；加速噪声随减压阀打开面积变化影响较小，如图13所示；车内语言清晰度在3 500 r/min以上开始随减压阀打开面积的增加而有所下降，如图14所示。综合以上试验及分析，可知增加减压阀面积对整车NVH性能影响很小。

表2 路噪性能测试

图13 第三排右后乘客左耳加速噪声

图14 第三排右后乘客左耳加速语言清晰度

3.4 减压阀优化前后对排气量及压耳感影响对比

通过增大减压阀的开口尺寸进行性能优化，对比图15和图16，优化后的减压阀在相同车内气压下，有效排气面积有明显提升。且优化后的减压阀在25 Pa压差下，叶片已基本完全打开，获得最大的排气面积，也对压耳感有明显提升。

图15 原减压阀

图16 优化后减压阀

4 减压阀噪声控制

噪声控制一般考虑3个工况下的噪声：静态关门噪声、普通道路行驶噪声以及高速道路行驶噪声。

静态关门噪声是指车窗全关闭状态下，关闭汽车前门时，导致的减压阀叶片打开和关闭的噪声。普通道路行驶噪声是指减压阀叶片在汽车行驶过程中，叶片来回拍打的噪声。参考正常的行驶习惯，一般是在普通公路上以时速 40～80 km/h 匀速行驶，并依次将两侧车门玻璃分别下降一半和全部下降，确认减压阀处有无异响，如果有异响现象，则说明减压阀的布置位置不合理，导致排气量较大，叶片反复拍打本体产生异响。如图17所示，静态关门噪声和普通道路行驶噪声问题都可通过调整减压阀的位置或者在叶片背侧增加一层无纺布的方式解决[5]。

高速道路行驶噪声，一般为空调打开外循环并行驶在高速公路上时，叶片飘起颤动的声音，如图18所示。

图17 叶片拍打噪声示意

图18 高速叶片噪声示意

一般可以通过压条来解决，如图19所示。为了更好地隔绝外部的胎噪路噪，可以用增加隔音罩和吸音棉的方式来解决，如图20、图21所示。

图19 压条示意

图20 外部噪声示意

图21 隔音罩示意

但是考虑隔音罩对空间要求较大，一般车型很难满足空间要求，因此在布置减压阀时错开行李箱内饰件上的网格状通风孔，并在行李箱内饰件与减压阀之间增加吸音棉(吸音棉焊接在行李箱内内饰件上)，也能在一定程度上改善噪声情况。

5 结论

通过以上优化，提高开关门品质，有效改善了压耳感，并且能较好控制噪声。不同车型因车身结构、车门大小、车内空间等不同，对减压阀的要求有一定的差异。但是如果能让减压阀达到一定的排气面积，就能较好地起到减压作用。优化后的减压阀作为平台件广泛应用在MPV、SUV、轿车中，能有效降低开发成本，缩短开发周期。