風噪方案識別及關(guān)聯(lián)性研究

張祥東，楊明輝，鄒銳

（1.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300399；2.河北工業(yè)大學，天津 300401）

引言

隨著中國市場的發(fā)展，顧客對汽車的品質(zhì)要求也越來越高。汽車界已形成一個共識：NVH性能是決定汽車品質(zhì)感最重要的指標之一。而在主機廠售后抱怨的眾多NVH問題中，風噪的抱怨問題一直居高不下。同時，IQS每年的報告中，風噪問題也是重點考察項。當車速達到 80km/h以上時，風噪逐步成為汽車的主要噪聲源，它也成為 NVH工程師首要解決的問題[1]。

整車風噪開發(fā)是一個系統(tǒng)且復(fù)雜的工作。當前，各主機廠面臨的現(xiàn)實問題是：項目周期短、試錯成本低。在項目開發(fā)過程中需要盡可能的一次性把風噪問題解決掉。因此，如何快速、全面的識別風噪問題，及時給出方案是行業(yè)內(nèi)急需解決的難題。

基于此背景，本文研究了風噪道路試驗和風洞試驗相結(jié)合的風噪方案識別方法及道路試驗與風洞試驗的關(guān)聯(lián)性，從而為各主機廠后續(xù)車型的風噪性能開發(fā)提供一個參考思路。

1 風噪方案識別

1.1 整車風噪正向開發(fā)介紹

在進行風噪道路及風洞試驗的方案識別研究開始前，有必要針對整車風噪性能正向開發(fā)流程做一個簡單介紹。整車風噪開發(fā)是基于車型的項目開發(fā)節(jié)點來開展的正向開發(fā)工作。

依據(jù)項目開發(fā)節(jié)點，整車風噪正向開發(fā)通常包括如下五個階段：

（1）對標車對標及目標設(shè)定階段；（2）CFD 仿真及數(shù)模校核階段；（3）樣車跟線檢查階段；（4）樣車調(diào)校階段；（5）樣車一致性排查及確認階段。

對標車對標及目標設(shè)定階段工作又包括如下幾個重點工作：

（1）對標車靜態(tài)評價；（2）對標車道路試驗及主觀評價；（3）對標車風洞試驗及主觀評價；（4）對標車結(jié)構(gòu)拆解分析；（5）整車風噪目標初步設(shè)定。

風噪CFD仿真及數(shù)模校核階段工作包括如下幾個方面：

（1）風噪數(shù)模外流場仿真；（2）油泥模型風洞試驗；（3）風噪數(shù)模CAS面及主斷面DMU校核；（4）天窗、車窗風振仿真；（5）車內(nèi)風噪聲預(yù)測；（6）車門高速動態(tài)泄露仿真；（7）風噪整車數(shù)模DMU校核。

樣車跟線檢查階段工作包括如下幾個方面：

（1）焊裝車身跟線檢查；（2）涂裝車身跟線檢查；（3）總裝裝配跟線檢查。

樣車調(diào)校階段工作包括如下幾個方面：

（1）白車身氣密性試驗及優(yōu)化；（2）整車氣密性試驗及優(yōu)化[2]；（3）超聲波泄漏試驗及優(yōu)化；（4）風噪方案識別及工程化方案建議。

樣車一致性排查及確認階段工作細分如下：（1）樣車裝車樣件一致性排查及確認；（2）樣車車門裝配狀態(tài)一致性排查；（3）樣車高速工況車門動態(tài)變形量一致性排查；（4）主觀駕評感受一致性確認；（5）客觀數(shù)據(jù)達標一致性確認。

因此，一輛全新開發(fā)的汽車需要經(jīng)過上述階段及做好相應(yīng)的細分工作，才能保證整車風噪達到一個理想水平。

1.2 風噪道路試驗研究

其中，樣車調(diào)校階段中的風噪方案識別工作涉及道路試驗和風洞試驗，兩者在風噪方案識別中發(fā)揮各自不同的作用且又關(guān)聯(lián)密切。

風噪道路試驗需選擇較為光滑的瀝青路面進行。試驗時風速一般不超過3m/s。依據(jù)不同客戶要求選擇不同的車內(nèi)測試點，通常測點為：駕駛員外耳（FRLE）及右后外耳（RERI）位置。

道路試驗的優(yōu)點：試驗方便、節(jié)約成本；缺點：受天氣等自然環(huán)境影響大，數(shù)據(jù)測試一致性較風洞試驗數(shù)據(jù)差，試驗誤差大，同時，道路試驗有一定的安全風險。

汽車風噪聲道路及風洞試驗的客觀測試指標行業(yè)內(nèi)未有統(tǒng)一的標準。一般而言，風噪頻率主要集中在中高頻段（500Hz以上），可采用A計權(quán)聲壓級、語音清晰度、響度等作為風噪聲的客觀評價指標[3]。

同時，對于風噪道路試驗的測試工況來說，國內(nèi)也未形成統(tǒng)一標準。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：國內(nèi)部分主機廠風噪道路試驗采用汽車高速掛空擋滑行工況（通常140km/h滑行至80km/h）。此時，發(fā)動機處于怠速工作狀態(tài)，發(fā)動機聲輻射較小，其噪聲基本不影響車內(nèi)風噪的評價及測試。胎噪及底盤結(jié)構(gòu)噪聲在中高頻率段雖有一定影響，但主要是客觀數(shù)據(jù)的影響，主觀感受并不明顯。

另一部分主機廠采用汽車勻速工況（通常勻速 100km/h或者 120km/h）測試風噪。發(fā)動機和路噪聲雖有一定影響，但并不明顯。勻速工況的優(yōu)勢在于：測試設(shè)備不需要采集速度信號，可節(jié)省GPS采集設(shè)備或相關(guān)CAN線信號設(shè)備；同時道路測試結(jié)果可以和風洞試驗中的勻速測試結(jié)果做橫向?qū)Ρ龋⒛馨l(fā)現(xiàn)兩者的關(guān)聯(lián)性。

中汽研在天津有自己固定的光滑瀝青路面用來進行風噪道路試驗，此路面已與中汽研鹽城試驗場的光滑路面做過對標工作，因此基于上述固定路面所采集的風噪試驗數(shù)據(jù)是可行、可用的。

圖1 用于風噪道路試驗的光滑瀝青路

同時，為了能和風洞結(jié)果做橫向?qū)Ρ龋衅酗L噪道路試驗采用勻速工況進行數(shù)據(jù)采集。

道路試驗的數(shù)據(jù)采集及麥克風布置等相關(guān)內(nèi)容的介紹其他論文早有論述，在此不做贅述。

道路試驗每路信號采樣時間為10秒，采樣率為48KHz，20Hz高通濾波；分析頻率范圍是500-8000 Hz，F(xiàn)FT塊大小為4096。所有頻譜分析加漢寧窗，采用A計權(quán)。

表1 風噪道路測試方案

無論道路試驗還是風洞試驗，核心內(nèi)容都是查找、對比不同方案的貢獻量并依據(jù)貢獻量的排序大小進行方案優(yōu)化。下面所討論的道路試驗和風洞試驗及相關(guān)測試數(shù)據(jù)都是基于同一臺試驗車進行。

上述表格中所列舉的測試方案涵蓋了風噪較大部分試驗方案，具有探討價值。相關(guān)測試數(shù)據(jù)的貢獻量見下表2。

表2 道路試驗各方案貢獻量

對以上路試數(shù)據(jù)貢獻量進行分析可知：影響風噪的主要因素為發(fā)揮隔聲作用的前風擋聲學玻璃及前車門聲學玻璃、車身底護板部件等；其次為車身附件相關(guān)，包括機艙蓋前沿密封條、車門與車身之間所加的第三道密封條、后背門頂部鈑金密封條等。

基于經(jīng)驗判斷，方案16至19理應(yīng)有相應(yīng)貢獻量，但道路試驗中未能有效識別。這可能與道路試驗本身測試誤差有關(guān)。

為進一步識別、鎖定風噪方案，必須借助聲學風洞資源進行風洞試驗。

1.3 風噪風洞試驗研究

風噪風洞試驗需在聲學風洞中進行，這種測試方法有如下優(yōu)勢：安全、結(jié)果精度高、不受自然環(huán)境（雨雪雷電等天氣）的影響[4]。缺點：試驗成本高、試驗時間不能控制（國內(nèi)目前只有三家聲學風洞實驗室，資源較為緊張，需提前預(yù)約）。

圖2 試驗車輛在風洞中的準備工作

中汽研擁有自己的聲學風洞實驗室，可開展乘用車的風噪風阻相關(guān)試驗及研究工作?？蓞⒁妶D2。

風噪風洞試驗的測試工況較為統(tǒng)一，查找貢獻量時基本采用風速120km/h，0°偏轉(zhuǎn)角的測試工況[5]。

風洞試驗使用 Head人工頭采集數(shù)據(jù)，試驗人工頭每路信號采樣時間為20秒，采樣率為48KHz，人工頭設(shè)置進行20Hz高通濾波；分析頻率范圍是500-8000 Hz，F(xiàn)FT塊大小為4096。所有頻譜分析加漢寧窗，采用A計權(quán)。

同樣方法，依據(jù)試驗任務(wù)書中的試驗方案進行風洞試驗。

表3 風噪風洞測試方案

上述表格中所列舉的測試方案與道路試驗方案相同，這樣做的目的在于：利用風洞試驗的高精度來校準道路試驗方案的準確性及發(fā)現(xiàn)道路試驗中未識別的方案。風洞相關(guān)測試數(shù)據(jù)的貢獻量見下表4。

表4 風洞試驗各方案貢獻量

通過以上的風洞試驗數(shù)據(jù)可以看出：在風洞中開展風噪測試及問題排查工作是必要且正確的，它可以精確得出相關(guān)方案的貢獻量[6]。

若以風洞試驗結(jié)果作為基準，上述18個方案中，道路試驗識別的有效方案13個，錯誤方案1個（方案8），未識別的方案有4個（方案16-19）。風噪道路試驗的方案識別成功率為72.2%。當然這與道路試驗的外在試驗條件有較大關(guān)系，例如：風速、天氣、路面、車速等影響。與此同時，在對比貢獻量的時候，也應(yīng)參考對比聲壓級頻譜差異。

綜上，汽車風噪開發(fā)中的方案識別建議采用如下方法：可優(yōu)先應(yīng)用路試手段進行風噪方案識別，路試能識別出大部分問題。再應(yīng)用風洞試驗手段進行方案的查漏補缺。這樣，大大縮短了風洞試驗的時間，節(jié)約開發(fā)成本，且保證了風噪方案的全面性。

因此，車輛風噪道路試驗必須與風洞試驗有效結(jié)合才能全面識別風噪風險點，才有可能開發(fā)好汽車風噪性能。

2 風噪關(guān)聯(lián)性研究

2.1 車輛風噪道路試驗與風洞試驗關(guān)聯(lián)性研究

車輛道路試驗與風洞試驗相結(jié)合開發(fā)風噪是業(yè)界內(nèi)的共識，但兩者的關(guān)聯(lián)性很少有人研究。這涉及到項目周期、成本、試驗條件是否具備、NVH項目組的控制力度等因素，上述因素在此不展開討論。

不同的是：道路試驗時車輛運動，風洞試驗時風運動。但兩者的速度一樣，都是 120km/h。這為研究兩者的關(guān)聯(lián)性架起橋梁。

下圖（圖3、4）所示，同一臺樣車（風噪方案一樣）所測試的道路試驗和風洞試驗A計權(quán)頻譜對比結(jié)果。

圖3 駕駛員左耳A計權(quán)聲壓級頻譜對比圖

圖 3所示，前排 600Hz是路試和風洞頻譜的分界線。600Hz以前路試頻譜幅值遠高于風洞頻譜幅值。600Hz以后路試頻譜與風洞頻譜重合度較好。因此，后續(xù)基于這一平臺（某主機廠某平臺車型）所開發(fā)車型其前排風噪如采用路試手段進行風噪貢獻量排查時，可以考察其600-8000Hz之間的A計權(quán)聲壓級對比。避免600Hz以前的其他噪聲源（發(fā)動機噪聲、路噪等）的干擾。

圖4 右后乘客右耳A計權(quán)聲壓級頻譜對比圖

圖 4所示，后排 900Hz是路試和風洞頻譜的分界線。900Hz以前的路試頻譜幅值遠高于風洞頻譜幅值。900Hz以后的路試頻譜與風洞頻譜重合度較好。因此，后續(xù)基于這一平臺（某主機廠某平臺車型）所開發(fā)車型其后排風噪如采用路試手段進行風噪貢獻量排查時，可以考察其 900-8000Hz之間的A計權(quán)聲壓級對比，避免900Hz以前的其他噪聲源（發(fā)動機噪聲、路噪等）的干擾。

綜上分析可知：同一車型的前、后排路試風噪頻率分界點也不一樣，并非大家所認知的500Hz起。因此，后續(xù)車型各主機廠可根據(jù)自己平臺車的風洞試驗和路試試驗結(jié)果來找到開發(fā)車型的路試風噪頻率范圍。但因為樣本量不夠大，因此本論文中的關(guān)聯(lián)性結(jié)論可作為后續(xù)開發(fā)參考。

3 結(jié)論

本文對風噪正向開發(fā)工作做了簡單介紹，并就其中的道路試驗和風洞試驗在風噪方案識別方面展開詳細研究。通過研究可以看出：道路試驗的方案識別成功率為 72.2%，可識別出大部分的風噪問題，仍需風洞試驗查漏補缺相關(guān)方案。本文給出的風噪道路試驗和風洞試驗相結(jié)合的風噪方案識別方法解決了當前的行業(yè)難題。

同時，本文就道路試驗和風洞試驗的關(guān)聯(lián)性研究為后續(xù)風噪道路試驗頻率段范圍的界定給出了參考數(shù)值。