某三廂轎車前排風(fēng)噪問(wèn)題的診斷與優(yōu)化

李 星,徐錕濤,梁 濤,屈少舉,鄧 休,汪國(guó)民

(1.東風(fēng)汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，武漢 430058；2.襄陽(yáng)達(dá)安汽車檢測(cè)中心有限公司，湖北 襄陽(yáng) 441004)

0 引言

當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，風(fēng)噪聲是車內(nèi)噪聲的主要成分[1]，當(dāng)車速超過(guò)100 km/h時(shí)，外后視鏡、A柱、雨刮及前風(fēng)擋玻璃區(qū)域產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲成為車內(nèi)噪聲的主要來(lái)源[2-3]，其中，外后視鏡作為一個(gè)鈍頭體暴露在高速對(duì)流空氣中，附近區(qū)域內(nèi)的渦流結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，是氣動(dòng)噪聲產(chǎn)生的重要區(qū)域[4]；側(cè)窗玻璃因其自身的聲學(xué)特性成為汽車氣動(dòng)噪聲主要傳遞路徑[5]，而外后視鏡距離側(cè)窗玻璃較近，因此，外后視鏡氣動(dòng)噪聲成為車內(nèi)風(fēng)噪聲的重要成因之一[6]，是汽車風(fēng)噪聲開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)工作。聲學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)是汽車風(fēng)噪開(kāi)發(fā)的重要手段，王亓良等[7]利用聲學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)外后視鏡造型進(jìn)行了優(yōu)化研究，采用鏡殼與側(cè)窗喇叭口結(jié)構(gòu)、鏡柄減薄兩個(gè)方案，有效降低了外后視鏡氣動(dòng)噪聲。近年來(lái)，車內(nèi)風(fēng)噪數(shù)值仿真手段廣泛應(yīng)用于汽車風(fēng)噪開(kāi)發(fā)中，劉功文等[8]、徐旭等[9]分別利用格子玻爾茲曼方法與統(tǒng)計(jì)能量方法對(duì)外后視鏡風(fēng)噪進(jìn)行仿真優(yōu)化，證明了安裝支架厚度減薄、安裝支架上表面保持水平或略微上翹可優(yōu)化車內(nèi)風(fēng)噪聲。由于聲學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)成本較高、車內(nèi)風(fēng)噪數(shù)值仿真計(jì)算代價(jià)較大，不少工程師及學(xué)者利用外流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析氣動(dòng)噪聲性能，胡春紅等[10]、王俊等[11]、姜豪等[12]、葉佳等[13]分別利用外流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法，通過(guò)外后視鏡區(qū)域的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征分析氣動(dòng)噪聲大小，并對(duì)外后視鏡基座及鏡殼的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，最終改善了車內(nèi)風(fēng)噪聲。仿生學(xué)是汽車風(fēng)噪優(yōu)化的另一個(gè)熱點(diǎn)研究方向，外后視鏡表面采用非光滑或凹坑結(jié)構(gòu)，可改善相關(guān)區(qū)域內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，減小氣動(dòng)噪聲[14-15]，但由于外觀感知質(zhì)量的限制，仿生結(jié)構(gòu)暫未在汽車風(fēng)噪中得到應(yīng)用。隔聲玻璃的隔音性能優(yōu)于普通單層玻璃，將隔聲玻璃應(yīng)用于汽車中，可有效改善車內(nèi)風(fēng)噪聲[16-17]，但隔聲玻璃的成本相對(duì)較高，應(yīng)用范圍受到限制。因此，外流場(chǎng)仿真分析與試驗(yàn)相結(jié)合的風(fēng)噪聲優(yōu)化方法，可較快地分析問(wèn)題原因、尋找改善方案、驗(yàn)證改善效果，工程實(shí)用性更強(qiáng)，是樣車階段汽車風(fēng)噪聲問(wèn)題診斷與優(yōu)化的重要手段。

本文以某三廂轎車為研究對(duì)象，針對(duì)其在時(shí)速80 km/h以上時(shí)出現(xiàn)的前排“卟啦”風(fēng)噪聲問(wèn)題進(jìn)行診斷與優(yōu)化。首先，結(jié)合道路主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)量，定位噪聲源位置為前門玻璃區(qū)域；然后，通過(guò)外流場(chǎng)仿真分析、斷面結(jié)構(gòu)分析、噪聲理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，證明該噪聲為空腔噪聲，并確定空腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案；接著，通過(guò)外流場(chǎng)仿真分析及客觀測(cè)量，定位外流場(chǎng)問(wèn)題源頭為外后視鏡基座尾部結(jié)構(gòu)，并提出局部造型優(yōu)化方案；最后，采用以上優(yōu)化方案，解決了“卟啦”風(fēng)噪聲問(wèn)題，顯著提升了車內(nèi)風(fēng)噪聲品質(zhì)。

1 問(wèn)題描述

某三廂轎車在樣車階段的試驗(yàn)過(guò)程中，車輛在80 km/h以上勻速行駛時(shí)車內(nèi)出現(xiàn)“卟啦”風(fēng)噪聲，100 km/h時(shí)尤為突出，與“沙沙聲”、“呼呼聲”等常見(jiàn)風(fēng)噪聲的特征有明顯區(qū)別，而80 km/h勻速行駛是用戶最常用的市區(qū)工況之一，故該問(wèn)題易引起用戶抱怨。通過(guò)主觀評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，該風(fēng)噪聲主要位于前側(cè)窗區(qū)域。

為進(jìn)一步明確該風(fēng)噪聲的來(lái)源，在光滑瀝青路上對(duì)該問(wèn)題工況進(jìn)行了噪聲數(shù)據(jù)采集，采樣頻率25.6 kHz，傳聲器位于主駕座椅外耳處，氣象條件為：陰天，氣溫26 ℃，風(fēng)速1.0～1.5 m/s，逆風(fēng)。分別測(cè)試了50～120 km/h緩加速工況及100 km/h勻速行駛工況下的車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)，其中，緩加速工況的平均加速度約為0.5 m/s2，結(jié)果分別如圖1、圖2所示，其中FLOE表示駕駛員外耳測(cè)點(diǎn)。

圖1 50～120 km/h緩加速工況下車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)圖

圖2 100 km/h勻速行駛工況下車內(nèi)噪聲曲線

對(duì)圖1進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，80～120 km/h車內(nèi)噪聲在3.5～5.4 kHz頻率段存在明顯的異音帶。從圖2可以發(fā)現(xiàn)，車內(nèi)噪聲1/3倍頻程頻譜在4 kHz中心頻率處存在明顯峰值，車內(nèi)噪聲頻譜在3.5～6.4 kHz頻率段存在明顯峰值，該頻譜曲線的光順度特征所對(duì)應(yīng)的風(fēng)噪聲性能不良[18]，與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果一致。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，推斷3.5～6.4 kHz頻率段的異常峰值可能是導(dǎo)致該問(wèn)題的原因。利用LMS Test.Lab軟件，對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行回放與濾波對(duì)比評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：噪聲信號(hào)3.5～6.4 kHz頻率段被濾波后，“卟啦”風(fēng)噪聲消失，從而證明該風(fēng)噪聲問(wèn)題主要是由3.5～6.4 kHz頻率段的異常峰值引起。

2 噪聲源識(shí)別

2.1 噪聲源定位

主觀評(píng)價(jià)判斷該風(fēng)噪聲主要來(lái)自于前側(cè)窗玻璃區(qū)域，為定位噪聲源位置，先對(duì)前門玻璃導(dǎo)槽密封條及外水切進(jìn)行全密封處理，然后利用開(kāi)窗法逐步進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)量，前側(cè)窗玻璃密封結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。結(jié)果顯示：該風(fēng)噪聲問(wèn)題與玻璃導(dǎo)槽密封條的密封無(wú)關(guān)，只與外水切區(qū)域的密封相關(guān)。

圖3 前側(cè)窗玻璃密封結(jié)構(gòu)示意圖

100 km/h勻速行駛時(shí)，前門外水切密封前后的車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)如圖4所示，實(shí)線為原狀態(tài)，虛線為前門外水切密封狀態(tài)?？梢钥闯觯伴T外水切密封后，車內(nèi)噪聲在3.5～6.4 kHz頻率段整體下降4～6 dB(A)，說(shuō)明該風(fēng)噪聲來(lái)源于前門外水切區(qū)域。

圖4 前門外水切密封前后車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)曲線

為進(jìn)一步定位噪聲源位于前門外水切的具體位置，按照?qǐng)D3所示將前門外水切分為前部、中部、后部等3個(gè)區(qū)域，對(duì)以上3個(gè)區(qū)域的8種密封組合方式進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)量。前門外水切所有密封組合方式的風(fēng)噪主觀評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以發(fā)現(xiàn)，前門外水切前部密封處理后，該風(fēng)噪聲問(wèn)題消失，前門外水切中部及后部區(qū)域的密封狀態(tài)對(duì)該風(fēng)噪聲問(wèn)題無(wú)影響。

表1 前門外水切各密封組合方式的風(fēng)噪主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

表中：√表示對(duì)應(yīng)區(qū)域密封處理，×表示不處理

前門外水切各密封組合方式的客觀測(cè)量結(jié)果與主觀評(píng)價(jià)一致。外水切原狀態(tài)、整體密封、僅前部密封等3種狀態(tài)的車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5，實(shí)線為外水切原狀態(tài)，虛線為外水切整體密封狀態(tài)，點(diǎn)劃線為外水切前部密封狀態(tài)?？梢钥闯?，外水切前部密封與整體密封均可大幅改善車內(nèi)噪聲在3.5～6.4 kHz頻率段的異常峰值，且二者的改善幅度相當(dāng)，說(shuō)明該風(fēng)噪聲問(wèn)題是由前門外水切前部區(qū)域的密封引起。

圖5 前門外水切不同密封方式的車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)曲線

參考“源-路徑-響應(yīng)”分析法，同時(shí)在前門玻璃內(nèi)表面底部布置3個(gè)傳聲器，測(cè)量前門玻璃底部不同位置的噪聲數(shù)據(jù)，作為噪聲源精確定位的參考。前門玻璃內(nèi)表面底部傳聲器位置示意圖見(jiàn)圖6，其中L1、L2、L3分別為前部、中部、后部位置傳聲器。

圖6 前門玻璃內(nèi)表面底部傳聲器位置示意圖

在外水切原狀態(tài)下，前門玻璃內(nèi)表面底部測(cè)點(diǎn)與主駕外耳噪聲數(shù)據(jù)見(jiàn)圖7，實(shí)線為主駕外耳測(cè)點(diǎn)，虛線為L(zhǎng)1測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)劃線為L(zhǎng)2測(cè)點(diǎn)，雙點(diǎn)劃線為L(zhǎng)3測(cè)點(diǎn)。可以看出，在4 kHz中心頻率帶處及3.5～6.4 kHz頻率段內(nèi)，上述3個(gè)測(cè)點(diǎn)均存在與主駕外耳相近的峰值。

圖7 前門玻璃內(nèi)表面底部測(cè)點(diǎn)與主駕外耳噪聲數(shù)據(jù)曲線

外水切原狀態(tài)、整體密封、僅前部密封等3種狀態(tài)，玻璃內(nèi)表面前部L1測(cè)點(diǎn)的噪聲數(shù)據(jù)見(jiàn)圖8，實(shí)線為原狀態(tài)，虛線為外水切整體密封狀態(tài)，點(diǎn)劃線為外水切前部密封狀態(tài)。可以看出，前部L1測(cè)點(diǎn)噪聲在3.5～6.4 kHz頻率段的改善效果與主駕外耳相當(dāng)；采用相同的方法對(duì)中部及后部測(cè)點(diǎn)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果與前部L1測(cè)點(diǎn)一致。

圖8 3種狀態(tài)下前門玻璃內(nèi)表面前部測(cè)點(diǎn)噪聲數(shù)據(jù)

根據(jù)該風(fēng)噪聲的問(wèn)題頻率范圍，在噪聲A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)1/3倍頻程曲線上，將3.15～8 kHz中心頻率處聲壓級(jí)的累積和定義為累計(jì)聲壓分值，用來(lái)表征該頻率段內(nèi)風(fēng)噪聲的大小。語(yǔ)音清晰度是聲品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于風(fēng)噪聲性能的評(píng)價(jià)。因此，本文將累計(jì)聲壓分值與語(yǔ)音清晰度作為該風(fēng)噪問(wèn)題改善效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)前門玻璃內(nèi)表面底部測(cè)點(diǎn)的噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 不同狀態(tài)下前門玻璃內(nèi)表面底部測(cè)點(diǎn)累計(jì)聲壓分值 dB(A)

表3 不同狀態(tài)下前門玻璃內(nèi)表面底部測(cè)點(diǎn)語(yǔ)音清晰度 %

從表2可以看出，外水切整體密封后，L1、L2、L3三個(gè)測(cè)點(diǎn)累計(jì)聲壓分值的改善量基本相當(dāng)，均在22.0 dB(A)左右；外水切整體密封與僅前部密封的改善量差異均在0.4 dB(A)左右，可以認(rèn)為2種密封方式的改善效果相當(dāng)。從表3可以看出，外水切整體密封對(duì)3個(gè)測(cè)點(diǎn)語(yǔ)音清晰度的改善量基本相當(dāng)，均在6.0%左右；外水切整體密封與僅前部密封的改善量差異均在1.0%左右，可以認(rèn)為2種密封方式的改善效果相當(dāng)。

基于以上主觀評(píng)價(jià)與數(shù)據(jù)分析，可以證明該風(fēng)噪聲的發(fā)聲位置為前門外水切整體區(qū)域，而該風(fēng)噪聲的激勵(lì)源位于前門外水切前部區(qū)域。

2.2 噪聲類型分析

局部風(fēng)噪一般有泄漏噪聲、空腔噪聲或拍打噪聲3種可能。在圖6中，問(wèn)題車前門外水切前部A-A剖切面的斷面結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)如圖9所示。根據(jù)圖9外水切斷面分析，拍打噪聲可能由裝飾唇邊與上唇邊、上唇邊與玻璃相互敲擊引起，利用小片狀泡棉將外水切裝飾唇邊與上唇邊、上唇邊與玻璃之間進(jìn)行間斷地分隔，主觀評(píng)價(jià)“卟啦”風(fēng)噪聲無(wú)變化，從而排除了拍打噪聲的可能性。泄漏噪聲可能由外水切前后兩端與玻璃導(dǎo)槽密封條搭接位置的縫隙孔洞、上唇邊與車窗玻璃搭接縫隙引起，利用泡棉將外水切前后兩端縫隙孔洞封堵，主觀評(píng)價(jià)“卟啦”風(fēng)噪聲輕微惡化；將上唇邊與車窗玻璃搭接縫隙密封，主觀評(píng)價(jià)“卟啦”風(fēng)噪聲無(wú)變化；從而排除了泄漏噪聲的可能性。綜合以上分析，推斷該噪聲可能是空腔噪聲。

圖9 問(wèn)題車前門外水切斷面結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)示意圖

對(duì)圖9所示的外水切斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，可以發(fā)現(xiàn)頂部開(kāi)口的外水切斷面近似于一個(gè)亥姆霍茲諧振腔，當(dāng)橫向氣流流經(jīng)外水切頂部開(kāi)口時(shí)，將可能激勵(lì)外水切空腔內(nèi)部產(chǎn)生空腔噪音。亥姆霍茲諧振腔結(jié)構(gòu)示意圖如圖10，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，外水切斷面結(jié)構(gòu)與亥姆霍茲諧振腔具有很高的相似性。

圖10 亥姆霍茲諧振腔結(jié)構(gòu)示意圖

亥姆霍茲諧振腔共振頻率的理論計(jì)算公式如下式所示[5]。

(1)

式中：c為聲波在空腔介質(zhì)中的傳播速度，A為管子截面面積，h為管子高度，V為空腔的容積。

根據(jù)空腔噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，當(dāng)空腔存在開(kāi)口且開(kāi)口處存在橫向氣流激勵(lì)時(shí)，空腔噪聲才有可能產(chǎn)生，因而推斷前門外水切頂部開(kāi)口處可能存在橫向氣流。

為此，利用CFD仿真手段，模擬風(fēng)速為100 km/h、偏航角為0°，獲得前門外水切區(qū)域的流場(chǎng)結(jié)果。將無(wú)該風(fēng)噪聲問(wèn)題的車型A作為對(duì)比，問(wèn)題車與車型A的前門外水切區(qū)域流場(chǎng)結(jié)果如圖11所示。對(duì)比兩車的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題車在前門外水切前部區(qū)域存在明顯的橫向氣流，流速大小在60 km/h左右，橫向氣流覆蓋區(qū)域長(zhǎng)度約為255 mm，而車型A在該區(qū)域內(nèi)則無(wú)橫向氣流，且流速較低。

圖11 問(wèn)題車與車型A前門外水切前部區(qū)域模擬流場(chǎng)圖

問(wèn)題車前門外水切斷面尺寸參數(shù)如表4所示。根據(jù)式(1)進(jìn)行估算，外水切空腔亥姆霍茲共振頻率為4.0～5.7 kHz，與該風(fēng)噪聲的問(wèn)題頻率范圍基本吻合。

表4 外水切斷面尺寸參數(shù)

注：開(kāi)口長(zhǎng)度L2為流場(chǎng)仿真橫向氣流區(qū)域長(zhǎng)度

當(dāng)氣流流經(jīng)空腔開(kāi)口時(shí)，根據(jù)反饋機(jī)理可知，來(lái)流會(huì)在開(kāi)口前緣形成周期性的渦脫落并形成壓力波，當(dāng)渦脫落頻率與開(kāi)口空腔的固有頻率相近時(shí)，將產(chǎn)生空腔共振[19]。渦脫落頻率可由下式進(jìn)行估計(jì)[19-20]。

(2)

式中：U∞為自由來(lái)流速度，L為空腔開(kāi)口在流向上的長(zhǎng)度，n為剪切層模態(tài)數(shù)，n>3的模態(tài)通常無(wú)法在實(shí)驗(yàn)中觀察到。

在問(wèn)題車前門外水切區(qū)域，空腔開(kāi)口在流向上的長(zhǎng)度即為外水切頂部縫隙寬度，實(shí)車測(cè)量縫隙寬度為1～2 mm。來(lái)流速度即為外水切前部區(qū)域橫向氣流在外水切寬度方向上的流速分量，由圖11可知，橫向氣流流速約為60 km/h，流向與外水切長(zhǎng)度方向的夾角約為45°，根據(jù)速度合成關(guān)系，在外水切寬度方向上的流速約為42.4 km/h。根據(jù)式(2)進(jìn)行估算，2階渦脫落頻率為3.4～6.8 kHz，與外水切空腔的亥姆霍茲共振頻率范圍基本重疊。

基于以上仿真分析與理論計(jì)算，證明該風(fēng)噪聲的類型為空腔噪聲，由外水切開(kāi)口處的周期性渦脫落與外水切空腔亥姆霍茲共振產(chǎn)生，流場(chǎng)激勵(lì)為前門外水切前部的橫向氣流。

2.3 外流場(chǎng)問(wèn)題識(shí)別

前門外水切位于外后視鏡基座及三角蓋板后側(cè)，區(qū)域內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與外后視鏡基座及三角蓋板造型密切相關(guān)。優(yōu)化外后視鏡基座及三角蓋板造型可改變流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化車內(nèi)風(fēng)噪聲[7-13]。在圖11中，問(wèn)題車前門外水切前部橫向氣流是導(dǎo)致其風(fēng)噪聲問(wèn)題的重要原因。在分析外后視鏡基座與三角蓋板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分別在基座、三角蓋板及鏡殼內(nèi)側(cè)壁上增加導(dǎo)流條，進(jìn)行CFD仿真計(jì)算并與原狀態(tài)流場(chǎng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在基座尾部增加斷面12 mm×12 mm的導(dǎo)流條可大幅減弱外水切前部的橫向氣流。基座導(dǎo)流條結(jié)構(gòu)及其外水切流場(chǎng)結(jié)果如圖12所示?？梢钥闯?，增加基座導(dǎo)流條后，前門外水切區(qū)域的橫向氣流基本消失，達(dá)到了與車型A相當(dāng)?shù)乃?，預(yù)測(cè)“卟啦”風(fēng)噪聲問(wèn)題將大幅改善。

圖12 基座導(dǎo)流條結(jié)構(gòu)及其外水切前部流場(chǎng)圖

在問(wèn)題車上添加與圖12(a)中相同的導(dǎo)流條，進(jìn)行風(fēng)噪主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)量，氣象條件為：晴，氣溫29 ℃，風(fēng)速1.0～1.4 m/s，逆風(fēng)。主觀評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，“卟啦”風(fēng)噪聲基本消失，基座導(dǎo)流條方案與原狀態(tài)的車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)如圖13所示?？梢钥闯觯噧?nèi)噪聲在3.5～6.4 kHz頻率段的異常峰值基本消失，該風(fēng)噪聲問(wèn)題得到較好解決。

圖13 添加基座導(dǎo)流條前后車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)曲線

通過(guò)以上仿真分析、主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)量，證明導(dǎo)致該風(fēng)噪聲問(wèn)題的橫向氣流激勵(lì)主要來(lái)源于外后視鏡基座尾部。為解決該風(fēng)噪聲問(wèn)題，需重點(diǎn)優(yōu)化外后視鏡基座尾部結(jié)構(gòu)，以減弱外水切前部橫向氣流。

3 改善驗(yàn)證

3.1 基座結(jié)構(gòu)優(yōu)化

消除或降低空腔噪聲的重要途徑之一是消除氣流激勵(lì)。外后視鏡基座尾部添加如圖12(a)所示的導(dǎo)流條，可有效消除外水切區(qū)域橫向氣流，但該方案不具備工程可實(shí)施性。在滿足外后視鏡法規(guī)、功能以及外觀要求等諸多限制條件下，經(jīng)過(guò)多輪次外流場(chǎng)仿真分析與優(yōu)化，最終采用將基座尾部大圓角修改成R3.5小圓角并向后延長(zhǎng)5 mm的綜合優(yōu)化方案，其局部結(jié)構(gòu)及其外流場(chǎng)仿真結(jié)果如圖14所示。可以看出，外水切前部橫向氣流改善明顯，但效果差于基座尾部導(dǎo)流條方案。

圖14 外后視鏡基座優(yōu)化結(jié)構(gòu)及其外水切前部流場(chǎng)圖

利用造型油泥在問(wèn)題車上實(shí)現(xiàn)基座尾部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，并進(jìn)行風(fēng)噪主觀評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，“卟啦”風(fēng)噪聲改善明顯，但未完全消失。按照基座尾部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案試制外后視鏡基座進(jìn)行換裝驗(yàn)證。換裝基座尾部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)如圖15所示?？梢钥闯觯噧?nèi)噪聲在 3.5～6.4 kHz頻率段的異常峰值整體下降2～3 dB(A)，風(fēng)噪聲問(wèn)題改善明顯，但未完全消失，仍需要對(duì)外水切斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

圖15 換裝基座尾部?jī)?yōu)化結(jié)構(gòu)的車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)曲線

3.2 外水切斷面結(jié)構(gòu)優(yōu)化

消除空腔噪聲的另一個(gè)途徑是封閉空腔開(kāi)口或改變開(kāi)口尺寸。根據(jù)外水切密封結(jié)構(gòu)分析，外水切頂部縫隙密封方案有以下3種：裝飾唇邊內(nèi)側(cè)粘貼泡棉、裝飾唇邊延長(zhǎng)覆蓋上唇邊、上唇邊增加輔助唇邊與裝飾唇邊貼合，3種解決方案的斷面結(jié)構(gòu)如圖16所示。利用泡棉密封外水切縫隙，將帶來(lái)泡棉外露的外觀問(wèn)題，該方案無(wú)法實(shí)施；延長(zhǎng)裝飾唇邊覆蓋上唇邊，具備工程可實(shí)施性，但該方案的密封效果容易受到車門外板止口與玻璃面尺寸偏差影響，密封可靠性不足；上唇邊增加輔助唇邊與裝飾唇邊貼合，可實(shí)現(xiàn)外水切開(kāi)口密封，密封效果好且穩(wěn)定。綜合以上對(duì)比分析，最終選擇上唇邊增加輔助唇邊作為外水切斷面結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。

圖16 外水切斷面結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案示意圖

3.3 改善效果驗(yàn)證

采用外后視鏡基座尾部與外水切斷面優(yōu)化方案，在問(wèn)題車上進(jìn)行風(fēng)噪聲問(wèn)題改善效果驗(yàn)證，在原狀態(tài)與換裝改善樣件狀態(tài)下，分別測(cè)試了50～120 km/h緩加速工況及100 km/h勻速行駛工況下的車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)。氣象條件為：陰天，氣溫27 ℃，風(fēng)速0.8～1.2 m/s，逆風(fēng)。對(duì)比結(jié)果分別如圖17、18所示。

圖17 改善前后50～120 km/h緩加速工況下車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)圖

從圖17可以看出，在主駕外耳處，80～120 km/h噪聲在3.5～5.4 kHz頻率段的異音帶完全消失；從圖18可以看出，3.5～6.4 kHz頻率段噪聲整體下降4～6 dB(A)，“卟啦”風(fēng)噪聲完全消失。與此同時(shí)，100 km/h勻速行駛工況下的車內(nèi)噪聲語(yǔ)音清晰度值提升4.6%，響度值減小1.0 sone，車內(nèi)風(fēng)噪聲品質(zhì)顯著提升，如表5所示。

圖18 改善前后100 km/h勻速行駛工況下車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)曲線

表5 100 km/h勻速行駛工況下車內(nèi)風(fēng)噪聲品質(zhì)改善前后對(duì)比

4 設(shè)計(jì)建議

4.1 外水切流場(chǎng)設(shè)計(jì)建議

圖19為外后視鏡基座斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。外后視鏡基座的頂面結(jié)構(gòu)大致分為4種：方案1為直線向下導(dǎo)流方案，方案2為圓弧向下導(dǎo)流方案，方案3為水平導(dǎo)流方案，方案4為直線向上導(dǎo)流方案。為減弱外水切區(qū)域橫向氣流強(qiáng)度，建議選擇方案3或方案4。

圖19 外后視鏡基座斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案示意圖

4.2 外水切斷面設(shè)計(jì)建議

外水切斷面應(yīng)選擇封閉結(jié)構(gòu)，從密封穩(wěn)定性考慮，外水切斷面推薦選擇上唇邊增加輔助唇邊方案，外水切與車門外板止口、側(cè)窗玻璃裝配的斷面結(jié)構(gòu)圖如圖20所示。為實(shí)現(xiàn)外水切可靠密封，應(yīng)增加以下兩項(xiàng)控制要求：

圖20 外水切裝配狀態(tài)的斷面結(jié)構(gòu)示意圖

1)尺寸控制要求。外水切斷面結(jié)構(gòu)確定后，裝飾唇邊與上唇邊的Y向密封狀態(tài)受車門外板內(nèi)側(cè)止口與側(cè)窗玻璃表面之間的尺寸大小影響，與車門外板尺寸公差與玻璃面位置精度密切相關(guān)。因此，需定義車門外板止口與側(cè)窗玻璃表面之間的尺寸要求，并增加公差控制要求，其中，尺寸要求D根據(jù)外水切斷面結(jié)構(gòu)確定，公差要求根據(jù)車門外板尺寸精度與玻璃面位置精度現(xiàn)狀確定，建議為±1.5 mm。

2)唇邊配合要求。當(dāng)尺寸D處于上偏差狀態(tài)時(shí)，裝飾唇邊與上唇邊Y向應(yīng)保持穩(wěn)定重疊量且≥2 mm，Z向應(yīng)保持可靠貼合無(wú)間隙；當(dāng)尺寸D處于下偏差狀態(tài)時(shí)，裝飾唇邊與上唇邊Z向不能產(chǎn)生擠壓變形或異響。因此，在設(shè)計(jì)位置上，裝飾唇邊與上唇邊輔助唇邊之間的Y向重疊量建議≥3.5 mm，Z向壓縮量建議為0.5 mm左右。

5 結(jié)論

針對(duì)某三廂轎車80 km/h以上前排“卟啦”風(fēng)噪聲問(wèn)題，通過(guò)客觀測(cè)量與CFD仿真分析手段，確定了該風(fēng)噪聲的主要問(wèn)題頻率及其噪聲類型，并定位了風(fēng)噪聲源的位置及流場(chǎng)問(wèn)題的原因，提出了外后視鏡基座流場(chǎng)改善及外水切斷面空腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，解決了該風(fēng)噪聲問(wèn)題，并大幅提升了車內(nèi)風(fēng)噪聲品質(zhì)。

1)前門外水切區(qū)域流場(chǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從風(fēng)噪設(shè)計(jì)考慮，該區(qū)域流場(chǎng)應(yīng)平行于側(cè)窗玻璃表面，無(wú)橫向氣流分量；在造型風(fēng)噪設(shè)計(jì)前期，應(yīng)做好前門外水切區(qū)域的外流場(chǎng)管控，選擇合理的外后視鏡基座頂面造型。

2)外水切斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮密封、升降等多個(gè)因素，從風(fēng)噪設(shè)計(jì)考慮，斷面結(jié)構(gòu)應(yīng)采用封閉式，并控制車門外板止口與玻璃面的尺寸及其公差，保證外水切斷面封閉的穩(wěn)定性。

3)在樣車調(diào)校階段，利用主觀評(píng)價(jià)、客觀測(cè)量與外流場(chǎng)仿真分析相結(jié)合的手段，在有限的計(jì)算資源條件下，有效提升風(fēng)噪聲問(wèn)題原因分析、方案提出、效果驗(yàn)證的效率，節(jié)省問(wèn)題解決的時(shí)間。