УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ПОДВИЖНОГО СТЕКЛА ОКНА ДВЕРИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1997 года по МПК B60J10/04 

Изобретение относится к транспортным средствам, в частности, к уплотнительным устройствам опускных стекол окон дверей автомобилей. Уплотнительные узлы опускных стекол транспортных средств выполняют роль герметизирующего теплозвукоизолизующего элемента и в значительной степени ответственны за тепловой и акустический комфорт в салоне. В случае негерметичности этого узла, возможно заметное ухудшение этих важных параметров. В частности, шум истечения воздуха из салона транспортного средства является одним из видов аэродинамического шума. Он возникает при несовершенствах конструкции и дефектах изготовления уплотнителей замкнутых пространств пассажирских салонов транспортных средств (дверей, стекол, вытяжной вентиляции), так и при неплотно закрытых окнах автомобилей.

Данный шум образуется следующим образом. При движении легкового автомобиля с высокими скоростями по боковым контурам его кузова образуются зоны пониженного давления воздуха. При испытаниях автомобиля в аэродинамической трубе разность давлений в пространстве салона и вблизи наружной боковой зоны кузова автомобиля достигает 800 н/м². В случае, если уплотнители дверей или стекол дверей не выдерживают такого перепада и вследствие их деформации образуется щель, то через нее начинается истечение потока воздуха из пространства салона наружу. Для устранения (ослабления) этого дефекта известно применение устройств: см. заявку Японии n 60-99724, кл. B 60 j 1/16, 05.10.85, БИ М-4119; заявку Франции 2608713, кл. F 16 j 15/10, 24.06.88, БИ 25.

В качестве прототипа выбран уплотнительный узел опускного стекла двери транспортного средства, заявка Японии 2-58129, кл. B 60 j 10/04, 06.12.90, БИ 2-1454, содержащий смонтированный на кромке рамки двери упругий элемент, образованный наружной и внутренней боковыми стенками, соединенными донной перемычкой, причем внутренняя стенка снабжена упругим выступом, образующим с наружной стенкой паз, в котором размещено стекло.

Описанная конструкция представляет собой наиболее распространенное техническое решение, позволяющее исключить появление шума за счет увеличения зоны и усилия контакта уплотнителя и стекла, при одновременном введении дублирующих элементов герметизации в конструкции уплотнителя. Однако, на практике, по компоновочным, конструктивным, технологическим, стоимостным и иным соображениям, не всегда удается обеспечить значительную контактную зону и усилие в контакте стекла с уплотнителем, что может привести даже при небольших неточностях изготовления к появлению щели, что обязательно вызовет дефектный шум истечения.

Техническая задача данного изобретения снижение аэродинамического шума истечения потока воздуха из салона транспортного средства в окружающую среду, при нарушении герметичности уплотнителя со стеклом, или при неполном закрытии окна.

Техническая задача решается путем введения в конструкцию уплотнительного узла дополнительного специального шумопонижающего элемента в виде 1/4 волнового резонатора.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном уплотнительном узле опускного стекла двери транспортного средства, содержащем смонтированный на кромке рамки двери упругий элемент, образованный наружной и внутренней боковыми стенками, соединенной донной перемычкой, причем внутренняя стенка снабжена упругим выступом, образующим с наружной стенкой паз, в котором размещено стекло, а с внутренней стенкой полое тупиковое углубление, высота последнего составляет половину расстояния, замеренного по наружной поверхности стекла, размещенного в пазу, между точками, образованными пересечением стекла плоскостями, перпендикулярными стеклу и проведенными через крайние точки боковых стенок упругого элемента. При этом полость углубления может быть заполнена звукопоглощающим материалом и/или донышко углубления сформировано с использованием твердой пластинки из металлического или полимерного материала.

При таком конструктивном исполнении 1/4 волновой резонатор оказывается сформированным непосредственно в виде замкнутого тупикового лабиринта соответствующей глубины в самой конструкции уплотнителя, что не вызывает существенного усложнения, удорожания, увеличения материалоемкости конструкции, а эффективность его обеспечивается как при наличии щели, вызванной конструктивными или технологическими причинами, так и при неполном (негерметичном) подъеме стекла. Кроме того, заполнение полости 1/4 волнового резонатора звукопоглощающим материалом и/или установка в его донной части твердой звукоотражающей пластины из металлического или полимерного материала расширяет эффективную частотную область работы резонатора и увеличивает величину эффекта шумоподавления дискретной частоты высокочастотного свиста.

На фиг. 1 и фиг. 2 показано поперечное сечение предлагаемого уплотнительного узла; на фиг. 3 и 4 спектры шума в салоне автомобиля при дорожных испытаниях и испытаниях в аэротрубе. Для испытаний в аэротрубе показана только та частотная область, где аэродинамический шум, генерируемый кузовом автомобиля, превышает собственный шум воздушного потока трубы; на фиг. 5 уровни звукового давления шума истечения в "характерной" октавной полосе частот со среднегеометрическим центром 2,5 кГц в зависимости от скорости движения автомобиля; на фиг. 6 узкополосный спектр шума истечения, зарегистрированный в салоне исследованного автомобиля; на фиг. 7 упрощенная схема излучения и распространения звука; на фиг. 8 узкополосные спектры перепадов уровней звуковых давлений; на фиг. 9 упрощенная схема щелевого акустического волновода с подключенным к нему 1/4 волновым резонатором; на фиг. 10 эпюра давлений в щелевом акустическом волноводе на низшей собственной моде f c/2 l; на фиг. 11 схема компенсации поля давлений низшей собственной моды f c/2 l за счет подключения 1/4 волнового резонатора и создания соответствующего противофазного сигнала сигналу моды f c/2 l в зоне подключения.

Уплотнительный узел опускного стекла окна двери транспортного средства содержит смонтированный на кромке 1 рамки 2 двери упругий элемент, образованный наружной 3 и внутренней 4 боковыми стенками, соединенными донной перемычкой 5, причем внутренняя стенка 4 снабжена упругим выступом 6, образующим с наружной стенкой 3 паз 7, в котором размещено стекло 8, а с внутренней стенкой 4 полое тупиковое углубление 9. Высота углубления 9 составляет половину расстояния, замеренного по наружной поверхности стекла 8 размещенного в пазу 7, между точками "A" и "B", образованными пересечением стекла 8 плоскостями X-X и Y-Y, перпендикулярными стеклу 8 и проведенными через крайние точки боковых стенок 3 и 4 упругого элемента. Полость углубления 9 может быть заполнена звукопоглощающим материалом, см. фиг. 1. На дне углубления 9 может быть установлен элемент 10 из звукоотражающего материала, например, металла, жесткой пластмассы. В частности, это может быть тонкая металлическая лента, см. фиг. 2.

Из экспериментальных результатов приведенных на фиг. 3 и 4 видно, что качественная герметизация пространства салона в зоне уплотнителей стекол дверей приводит к существенному снижению уровней звукового давления в частотной области 2000 6300 Гц и, особенно, в 1/3 октавных полосах 2000 - 3150 Гц ("характерный" частотный диапазон). Герметизация полностью устраняет неприятный свистящий шум, воспринимаемый в салоне субъективно, как недопустимый до момента устранения этого дефекта.

Спектр внутреннего шума автомобиля не является сплошным, а содержит ярко выраженные резонансные пики, наличие которых объясняется как присутствием твердых турбулизирующих элементов в зоне струи, так и "провалами" функции акустического сопротивления звукопередающего тракта от источника (внешней кромки щели) к приемнику (органам слуха водителя). Уровень звукового давления "характерной" частотной составляющей (октавной полосы с центром 2,5 кГц) в зависимости от скорости движения автомобиля пропорционален скорости истечения потока в 6-ой степени (см. фиг. 5) и, таким образом, подчиняется зависимости, определенной для дозвуковой струи и характеризующей излучатель звука типа диполя.

Непосредственно источник излучения звука (см. фиг. 7) находится снаружи, у кромки щели E и излучает свою энергию в 2-х направлениях: в окружающую среду и в салон автомобиля через воздушный акустический канал EK, образуемый щелью между стеклом и уплотнителем в салон к приемнику звукового давления - микрофону R. В этом случае акустическое сопротивление Z открытого с двух концов такого воздушного акустического канала (EK):

где
ρc - акустическое сопротивление среды;
l длина канала;
s площадь сечения канала;
k волновое число, k c и f соответственно скорость звука и частота.

Резонанс, т.е. реализация условия Z 0, а проводимость

будет наблюдаться при tg(kl) 0 или kl = πn.
Собственные частоты канала (волновода), открытого с обеих сторон
f (c/2 l)•n
где
c скорость звука, а n 1, 2, 3,
Для длины воздушного звукового канала в зоне уплотнителей стекла окна двери автомобиля равной 0,07 м первая собственная частота равняется 2400 Гц, что совпадает с первым пиком спектра звукового давления, показанного на фиг. 6. Для объяснения происхождения других пиков в спектре шума истечения (фиг. 6) используем результаты испытаний по определению "глобальной" звукоизоляции автомобиля с установленной и демонтированной герметизацией уплотнителей стекол.

Из зависимостей, показанных на фиг. 6 и 8 видно, что частоты пиков в спектре звукового давления при движении автомобиля совпадают с провалами в спектре звукоизоляции (фиг.8). Это подтверждает, что данные пики в спектре звукового давления обусловлены резонансами акустического сопротивления воздушного тракта негерметичного уплотнителя при передаче звука в салон от источника шума, находящегося снаружи автомобиля (см. фиг. 7).

Для подавления излучения данного шума, который может проявиться как при дефектах конструкции уплотнителя, так и при неплотно закрытом окне, могут быть использованы комбинированные конструкции уплотнителя с интегрированными шумопонижающими элементами в виде 1/4 волнового резонатора, фиг. 1 и фиг. 2.

В конкретном случае последний образован тупиковым углублением 9 с жестким дном 10, причем высота углубления 9 составляет 1/2 l, где l длина AB, или длина щели, образующейся в контакте стекла 8 с боковыми стенками 3 и 4, и резонатор настроен таким образом, что в зоне соединения его с образованным волноводом (щелью) происходит сложение противофазных акустических сигналов (1/4 волны плюс 1/4 волны "пробегаемой" по резонатору до донышка и обратно, образуют полуволновой (на 180^o) сдвиг сигнала, т.е. обеспечивают его противофазное сложение с основным сигналом в волноводе). Механизм компенсации поля давлений на первой собственной моде указанного щелевого волновода дополнительно в графическом виде объясняется схемами фиг. 10 и фиг. 11.

В предлагаемом устройстве 1/4 волновой резонатор образован штатными элементами самого уплотнителя, путем выполнения определенной длины выступа 6 и, при оптимальном варианте, выполнения дна углубления 9 из жесткого звукоотражающего материала и заполнении полости углубления звукопоглощающим материалом. Как возможный вариант, это может быть достигнуто за счет размещения на дне углубления 9 металлической ленты, привулканизированной к резиновому дну при изготовлении уплотнителя. В конечном итоге это повышает эффективность работы 1/4 волнового резонатора.

Использование: в транспортных средствах, в частности, в уплотнительных устройствах опускных стекол окон дверей автомобилей. Сущность изобретения: устройство содержит смонтированный на кромке 1 рамки 2 двери упругий элемент, образованный наружной 3 и внутренней 4 боковыми стенками, соединенными донной перегородкой 5, причем внутренняя стенка 4 снабжена упругим выступом 6, образующим с наружной стенкой 3 паз 7, в котором размещено стекло 8, а с внутренней стенкой 4 - полое тупиковое уплотнение 9. Новым является то, что в пространстве выступа 6 образуется 1/4 волновой резонатор, настроенный в противофазе на частоту щелевого резонансного свиста, возникающего при движении транспортных средств с большими скоростями, что позволяет эффективно снижать аэродинамический шум, как при конструктивных и технологических дефектах уплотнителя, так и при частично открытом окне. 2 з.п.ф-лы, 11 ил.

1. Уплотнительный узел подвижного стекла окна двери транспортного средства, содержащий смонтированный на кромке рамки двери упругий элемент, образованный наружной и внутренней боковыми стенками, соединенными донной перемычкой, причем внутренняя стенка выполнена с упругим выступом, образующим с наружной стенкой паз для размещения в нем стекла, а с внутренней стенкой - полое тупиковое углубление, отличающийся тем, что высота упомянутого углубления составляет половину расстояния по наружной поверхности стекла, размещенного в пазу, между точками, образованными пересечением стекла плоскостями, перпендикулярными стеклу и проходящими через крайние точки боковых стенок упругого элемента. 2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что дно углубления выполнено из жесткого звукоотражающего материала. 3. Узел по п. 1, отличающийся тем, что полость углубления заполнена звукопоглощающим материалом.