张辉刘浩周鋐

（1.北京航天发射技术研究所；2.同济大学汽车学院）

随着汽车的高速化，风噪声已经成为影响车内噪声的主要成分[1]。车身密封性能的优劣对车内噪声的影响非常大。文献[2-3]研究了车身密封性对车内A计权声压级的影响；文献[4]提出采用语言清晰度和1/3倍频程谱中心频率声压级作为风噪声评价指标。目前汽车风噪声的评价指标大多数侧重声压级，采用声品质进行评价的较少。针对某国产轿车风噪声较大问题，文章通过道路测试风噪声，采用声品质相关客观评价参量对车身不同部位密封状况对风噪声的影响进行分析，并提出优化建议。

1 风噪声影响因素分析

影响汽车风噪的因素主要有[1，3]：1）密封不良引起的噪声，与车门风窗及前风挡玻璃等密封设计有关；2）车身外表面的沟、缝等几何表面过渡处的不平度引起的噪声；3）车身外表面突出结构，如后视镜及雨刷等部件引起的噪声。

对于开发后期正在试制车辆的车型来说，整车造型基本不会改变。因此，由于车身外表面不平度和车身外表面突出结构引起的风噪声无法改变，所以整车密封性能的改善将会很好地改善车内噪声状况。

研究表明：对于轿车而言，汽车在低速行驶时，轮胎噪声和发动机噪声是主要噪声源，风噪声成分小；车速高于100 km/h时，风噪声的影响超过轮胎噪声和发动机噪声；车速高于130 km/h时，风噪声成为主要噪声源。汽车主要噪声源与发动机负载和车速的关系，如图1 所示[4]。

目前轿车风噪声的精确测试大多数在声学风洞中进行，相比试验场道路测试，风洞可以提供精确的温度和风速，测试准确性高。但是风洞高昂的试验费用以及国内较少的风洞实验室现状使得风洞测试的准备工作相当漫长。在这样的背景下，在大量风噪声测量项目经验的基础上提出在试验场道路上进行风噪声测试的做法。

汽车在试验场长直线道路上高速空挡滑行时，轮胎噪声较小，发动机处于怠速状态，对于车内噪声的贡献也很小，此时风噪声是车内噪声的主要组成部分。因此风噪声数据采集和声品质分析行驶工况定为汽车从130km/h挂空挡滑行至80km/h，试验场地全长2.77km，满足加速及滑行所需的距离要求。

2 试验方法与测试系统

2.1 试验方法

试验在交通部试验场进行，路面为全长2.77 km的长直线测试路段，试验时保证风速＜3 m/s，背景噪声低于50 dB（A），路面干燥无积水。

试验采用“开窗法”原理，测试车身不同位置密封情况对风噪声的影响程度，试验流程如下。

工况1：将试验车的外表面结合沟槽及缝隙用胶带密封，比如车门与车身结合位置及前风挡玻璃等部位。部分位置采用沥青阻尼板进行密封，比如前后轮罩阻尼板。保证整车处于全密封状态，测试车内风噪声。

工况2：应用“开窗法”，撕去前风挡玻璃的密封胶带，在长直线上进行风噪声的测量。

工况3：将前风挡玻璃重新进行密封，保证整车处于全密封状态。

重复以上步骤，并在工况1阶段不断撕去不同位置的密封胶带或者沥青阻尼板，进行不同部位密封情况对风噪声贡献量的测试。

2.2 测试系统

测试采用LMS便携式数据采集及分析系统，该系统由4部分构成，包括LMS SCADAS Mobile移动式数据采集前端、PCB公司130E21型麦克风、小野发动机转速传感器及LMSTest.lab数据采集分析软件。试验时将麦克风固定在驾驶员左耳（外耳）处，用于采集左耳处噪声信号。按照国标要求[5]，麦克风与座椅中线距离为15 cm，距离驾驶员座椅竖直距离为70 cm，如图2所示。将小野发动机转速传感器夹在点火线圈上，用于测量发动机转速，通过换算可以得到车速。测试时将转速传感器的接线紧贴车身表面，保证不会影响风噪声测量。试验时采样频率设为40 960 Hz，分辨率为2 Hz。

3 风噪声客观评价参量

风噪声评价一般采用A计权声压级进行评价，而声品质是评价车内噪声和舒适性的关键指标，声品质包括语言清晰度、尖锐度、响度及粗糙度等参量，这些参量之间有很好的相关性[6]。因为风噪声主要集中在高频，因此文中选取声压级、语言清晰度及尖锐度进行声品质评价。

3.1 等效声压级

声压级（SPL）是声信号最基本的测量参数。以声压级的刺激来诠释人的听觉时，在求总有效值（RMS）前，必须对声压信号的频谱先倍乘计权函数。

ISO1996/1—1982和ISO1999/1—1990规定了“等效A计权声压级dB值”的定义，其表达式为：

式中：LAeq,T——等效连续A计权声压级，dB；

t1，t2——信号采集起始及终了时刻，s；

P0——参考声压，μPa；

PA（t）——t时刻声信号的瞬时A计权声压，μPa。

3.2 语言清晰度

语言清晰度指数（AI）是以保证交谈的私密性观点提出的参数。交谈的私密性可以定义为背景噪声或噪声侵扰正常交谈的程度，它提供私密性的正面品质评价[7]。

噪声对语言的掩蔽造成的干扰作用，可通过对噪声频谱（1/3倍频程带）按其对语言可懂度影响的重要程度适当加权，由经过加权的谱求出AI值。

图3示出相应的图形计算法。与语言相关的倍频程带通过圆点的数目来计权。将声压级的1/3倍频程谱绘在图上，谱线以上的点数除以总点数就是要求的AI值，实际计算可以表格化。

AI与可懂音节的百分比有关。对于完全私密而言，AI值等于0.05是其上限，对于商谈非保密性的事情而言，可接受的AI值为0.1。

3.3 尖锐度

尖锐度是声音是否使人愉悦的一种感觉。尖锐度感觉主要与窄带声的谱成分及中心频率有关，而不依赖于响度级和声谱成分的细节。

对应某一临界带的尖锐度分量（S'（z）/acum）及总尖锐度（S/acum）的计算公式为：

式中：z——临界频带，Bark；

N'（z）——临界带的Zwicker响度，sone；

g（z）——用于强化高频分量的计权响度，sone。

4 风噪声品质评价

为了评价风噪声对车内噪声的影响，首先采用等效声压级、语言清晰度平均值及尖锐度平均值对不同位置密封的测试数据进行分析。表1示出车身不同密封状态对应的代号。

表1 车身不同密封部位对应代号

图4示出不同密封位置对等效声压级的影响，图5示出某些密封位置在不同车速下的声压级曲线。

从图4可见，A状态下等效声压级为70.17 dB（A），噪声最严重的工况为C状态，等效声压级为70.92dB（A），与A状态下的等效声压级差距很小。

通过图5也可以发现，滑行工况下不同密封状态下A计权声压级没有较大区别。虽然随着车速降低，A计权声压级都降低，但是不同密封状态的A计权声压级曲线没有较大区别。因此撕去不同位置密封对等效声压级及A计权声压级影响较小，这与主观评价结果严重不符。在实际试车中，C状态高频噪声较严重，车内噪声明显比A状态大。

因此由于人体对不同频率成分的声音敏感程度完全不同，仅分析车内噪声的等效声压级和A计权声压级不能准确地描述驾驶员对风噪声的感受，需要对声品质参数进行分析。

图6示出不同密封位置对语言清晰度平均值的影响。从图6可以发现，对语言清晰度平均值影响较大的分别为G，H，D，I状态。A状态下语言清晰度平均值达到了66.21%，噪声最糟糕的为G状态，语言清晰度为55.43%。

为了更好地说明不同密封状态对语言清晰度的影响，在图7和图8中分别对A，G和A，D，H，I状态下的语言清晰度进行对比。从图7和图8可以发现，随着车速降低，不同密封状态的语言清晰度升高。从图7可见，不同车速下G状态与A状态下的语言清晰度差别很大，虽然随着车速变大，A状态下的语言清晰度也下降较多，但是G状态时每个车速下大约都比A状态下的语言清晰度小10%，这与车内出现的“嘶嘶”漏风声音吻合。

通过图8可以发现，整个滑行工况下语言清晰度从小到大的大致趋势分别为：H，D，I状态。这与语言清晰度平均值的排序相同，说明采用语言清晰度平均值对风噪声评价是正确的。

图9示出不同密封位置对尖锐度平均值的影响。从图9可以发现，对尖锐度平均值影响较大的分别为G，H，I，D状态。A状态下尖锐度平均值较小，为0.74acum。尖锐度平均值最大的为G状态，尖锐度达到0.87 acum。

为了更好地说明不同密封状态对尖锐度的影响，在图10和图11中分别对A，G和A，D，H，I状态下的尖锐度进行对比。从图10可以发现，不同车速下G状态与A状态下的尖锐度差别很大，虽然随着车速变大A状态下的尖锐度也上升较大，但是G状态时每个车速下都比A状态下的尖锐度大0.1 acum左右。

图11说明速度大于110 km/h时尖锐度从大到小的排序分别为：H，I，D状态。这与尖锐度平均值的排序相同，说明采用尖锐度平均值对风噪声评价是可行的。

5 优化建议

针对风噪声声品质分析结果，得到对语言清晰度和尖锐度影响较大的有前风挡玻璃密封和后裙板密封，因此针对这2个位置的密封情况结合整车提出优化建议。

图12示出前风挡玻璃处的优化位置示意图，建议控制此处安装工艺及涂胶密封工艺。

图13示出后裙板优化位置示意图，建议在位置①处优化涂胶密封工艺；在位置②（即后裙板空腔内部），可以优化钣金结构设计，取消孔洞，保证密封性能。

6 结论

1）工程实践证明：在试验场道路上高速空挡滑行对风噪声进行测试分析是可行的，通过路试对车身不同部位密封对风噪声的影响进行对比分析可以节省开发费用。

2）汽车道路风噪声评价中，声品质是评价车内噪声水平的关键指标。需要综合考虑声压级、语言清晰度及尖锐度3个重要参量。

3）汽车道路风噪声评价中，前风挡玻璃密封和后裙板密封对尖锐度和语言清晰度影响最大，是改善车内风噪声应主要考虑的因素。对语言清晰度影响较大的密封部位对尖锐度影响也很大。