黄晓胜 周万田 宋俊 叶斌

黄晓胜

毕业于同济大学车辆工程专业，学历硕士，现就职于广汽研究院，任风噪NVH工程师。

摘要：当汽车高速行驶时，风噪声对车内的影响将会超过路噪与动总噪声，成为最主要的噪声源。风噪声的构成复杂，在各种风噪声中，乘客对气动啸叫声的感知尤为明显。某纯电SUV在研发过程中出现高频啸叫声问题，本文以此为背景，通过道路试验的手段针对该问题采集车内外啸叫声相关声场信号;经过声源定位、问题解析、机理分析明确了啸叫声的来源及其幅频特性，找到了影响啸叫声大小的关键参数;基于此对格栅肋条结构进行优化设计，优化方案经过整车测试验证具有明显效果。

关键词：啸叫声;进气格栅;道路测试;SUV;

中图分类号：U463.4 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（ 2021） 06-0068-05

Experimental Research on whistle of the Grille of a SUV

HUANG Xiao-sheng， ZHOU Wan-tian， SONG Jun， YE Bin

（ NVH Department of GAC R&D， GuangZhou 51140， China）

Abstract： The impact of wind noise inside the car will exceed the road noise and powertrainnoise and become the main noise source on a high-speed road. Passengers' perception ofaerodynamic whistle is particularly more obvious than the others.A high-frequency whistleproblem happened on an electric SUV during the development process. As result of that， thisarticle will research on the problem by road testing. Through sound source localization，problem analysis， mechanism analysis and other methods， the optimization of the grille finstructure for whistle elimination and the scheme will be told. It is showed that the optimizationmethond has obvious effects by vehicle verification.

Key Words： Whistle; Inlet Grille; Road Test; SUV

1 前言

隨着国内汽车行业研发水平的提升，汽车的NVH（噪声、振动及声振粗糙度）性能逐渐成为衡量汽车品质的重要指标之一。汽车行驶时的噪声通常由动力总成噪声、路面及轮胎噪声、风噪声等多个系统噪声组成。这些噪声对车内乘员的影响权重随着车速的提升而改变，当车速达到lOOkm/h以上时，风噪声将逐渐掩盖其他噪声，成为整车最大的噪声源[1]。风噪声的构成复杂，通常包含由外造型引起的脉动噪声、密封不良引起的泄漏声以及车外狭缝空腔结构引起的空腔噪声和啸叫声等。在以上几种风噪声中，啸叫声具有频带窄、幅值大的特性，主观上指向性明显，更容易被消费者感知和抱怨[2]，需要在车型研发过程中重点关注和管控。

已有研究经验表明，汽车上的气动啸叫声通常发生在前保进气格栅、空调出风口以及后视镜流水槽等边缘特征处，目前国内外研究机构针对空调出风口啸叫声以及后视镜啸叫声等问题开展了一定的研究，针对前保进气格栅的啸叫声问题研究较少。陈诗昊、严旭、沈沉等人针对空调出风管管道气动噪声及出风口造型进行了一些研究，明确了管道噪声及出风口噪声的声学特性，并提出了一些优化方法[3]-[6];Leite等人基于整车模型下探索了空调出风口啸叫的原因及控制方法[8]-[9]。近年来，随着自主品牌造型趋势的迭代创新，格栅啸叫声问题逐渐爆发出来。本文针对某款纯电车型开发过程中出现的格栅啸叫声问题，详细介绍了问题排查过程、声源定位方法、啸叫声的幅频特性以及影响啸叫的主要结构参数与相关优化方案。由于现阶段针对汽车啸叫声问题的研究处于探索阶段，可参考的研究内容较少，本文侧重于从工程实践的角度，对格栅啸叫问题进行研究，相关成果可为其他车型的风噪开发提供参考。

2 格栅啸叫声测试

2.1 前保进气格栅总成

如图1所示，某suv车型的前保进气格栅总成由保险杠外罩、中央下部格栅本体、前牵引钩盖、前保险杠下饰板及前保险杠下护板等零件组成;下格栅本体位于前保下饰板上，格栅主体形状为长516mm，宽120mm的平行四边形;格栅进气口肋条斜向平行布置，肋条中心线与竖直方向成30。夹角;肋条间距约为llmm，肋条本体宽度为4mm，截面形状如图1（b）所示：

2.2 主观评价

本文主要采用整车道路试验的方法研究格栅啸叫声问题，试验包括主观评价和客观测试两部分，以某SUV为研究对象，对多个辆量产状态的样车进行主观评价，发现当车速超过80km/h，车内开始逐渐出现高频啸叫声，声源指向性明确，来自于车头位置;当车速达到lOOkm/h，前后排均能感知到明显的类似“嘤嘤声”的高频啸叫声;随着车速的增加，啸叫声的量级也逐渐增大。经过初步排查与验证，发现当用布基胶将格栅进气口全部封闭后，啸叫声消失;当仅封堵一半格栅进气口时，无论封堵左侧还是右侧，啸叫声均存在;当将左侧格栅进气口封堵、或者只封堵右侧四份之一或二分之一进气口的情况下，格栅啸叫声均出现一定程度上的减弱。

2.3 道路测试

本文中涉及的道路试验在华南地区某汽车试验场封闭高速环道内进行;该试验场地满足行业内匀速行驶车内风噪测量方法标准所要求的声学环境等条件;试验采用双向直线段连续循环测试的方法，并使用商业LMS软件及能量平均的方法对数据进行后处理，剔除风向、风速的随机影响[1]。试验车辆为接近量产阶段工程样车，车辆的外饰件、密封及隔声系统均达到量产水平。图2（a）为车外声源处表面麦克风的布置情况，图2（b）为车内测点麦克风布置情况，车内前排主驾及副驾内耳测点处各布置一个麦克风，车外前保中央布置一个表面麦克风，麦克风的布置方式参照GB/T 18697中的规定。

试验时车速设定为105km/h，该速度可以保证来流有足够大的速度激励出格栅啸叫声，同时避免因车速过大产生较大的湍流噪声，对啸叫声产生掩蔽效应;试验天气为晴天，风速在3m/s以内，路面为光滑路面。实验时车辆沿环道双向匀速行驶，并在直线段开始采集数据;每个工况采样时长在8s以上，每次采集6组数据。测试后，使用LMSTestlab软件对6组数据进行FFT变换，并通过幅值能量平均的方法得到车内外测点的频谱与瀑布图。

图3-a）为车外表面麦克风采集到的声源瀑布图，从图中可以看出，该格栅啸叫声的能量在2000Hz以上的高频区域内呈现集中分布的特点，5700Hz以及7550Hz频率段附近存在一个较强的能量分布带;图3-b）为车内与车外测点得到的声压级频谱，频谱中位于上半部分的曲线为车外测点表面麦克风得到的曲线，下半部分的曲线为车内人耳测点处得到的曲线;从声压级曲线上可以明显看到，啸叫声声源在频域内存在多处峰值，峰值的中心频率分别分在2000Hz、5700Hz、7550Hz以及8300Hz等几个频率处，其中7550Hz处能量分布最强，峰值幅值约为85dB。对比分析两条曲线可以看出，车外格栅啸叫声声源包含五个不同频率的能量，但只有7550Hz频率处的能量传递到车内，其他频率段处的能量均在传递路径上耗散掉。由此可知，主观上感知到的类似“嘤嘤音”的啸叫声与7550Hz频率处的能量相关。

结合已有研究经验可知，流致啸叫声通常为气流流经某一细小空隙或外造型结构特征引起。为进一步弄清栅啸叫声是否为气流流前保格栅中某一微小造型特征引起，对问题车型采用粘贴布基胶排除关键特征进行多轮试验排查并的方法，定位引起啸叫的声源结构。当用布基胶将格栅进气口全部封闭后，车内外各个频率段处的峰值均消除，如图4所示。由此可知，啸叫声为气流流过格栅进气口后产生，与格栅以及肋条造型相关性较大。

3 问题分析及优化

通过以上研究可以初步判定该啸叫声与格栅造型相关;进一步分析格栅结3D数据，发现现在格栅肋条两侧中间位置存在一处0.3mm高的微小台阶特征;通过调查，发现该台阶为模具配合采用的配模线特征;

随后用布基胶粘贴格栅进气口及特征结构的方式，采用排除法进一步探究格栅进气口具体结构参数对啸叫声的影响。分别探究格栅肋条间距、开口数量、格栅肋条所在位置以及格栅台阶特征等因素对啸叫声的影响。详细试验工况如下表1：

通过整车道路测试得到上述各工况下车内外声压信号，如图5所示。试验以整车量产状态为基础状态，图中灰色虚线为基础状态下测点频谱，黑色实线线为各工况对应测点频谱。从图中可以看出，仅打开内侧四分之一格栅进气口，各个频率峰值均削弱，5700Hz、7550Hz，9600Hz处峰值基本消除;2000Hz处峰值频率增大，如图5-（a）;打开内侧二分之一格栅口，除2000Hz处峰值幅值增强频率增加外，其他三个频率段处峰值幅值和频率均减弱，9600HZ处峰值得到消除，由此可知进气口数量越多2000Hz以上中高频能力越强，2000Hz处能量减弱，如图5- （b）;通过对比工况2与工况3发现，打开外侧二分之一格栅进气口与打开内侧二分之一相比，车内风噪频谱基本一致，如图5-（ c）;将格栅间距增加一倍至27mm后，2000Hz处峰值微弱降低，其他频段处峰值均消除，如图5- （d）。用布基胶粘贴方法消除格栅两侧表面微小台阶特征后，五个频段处峰值均得到消除，车内测点7550Hz处峰值频率也明显消除，如图5- （e）及图5- （f）所示。由工况4和5的试验结果可知，配模线台阶特征与格栅肋条间距是影响啸叫声的关键因素，通过增加间距和消除配模线台阶的方法，可以有效改善该格栅啸叫问题。

4 结论

本文通过整车道路试验的方法，排查了某SUV车型前保进气格栅啸叫声问题，通过道路测试得到车内外测点处啸叫声的幅频特性;由试验数据可知，该格栅进气口啸叫声声源有五个主要峰值组成，车内主观感知到的啸叫声频率约为7550Hz，幅值为85dB;其他峰值能量在传递路径上被耗散掉。

随后通过格栅结构数模与测试数据分析，定位到引起啸叫的根源为进气格栅肋条表面的配模线台阶特征，随着格栅进气口数量与车速的增加，该啸叫声声压级增强;随着格栅间距增加，格栅啸叫声减弱。由此得到格栅肋条间距与配模线台阶特征为引起啸叫声的关键因素，通过增加格栅间距以及消除台阶特征的方法可以有效消除该啸叫声，该优化方法可为后续车型的研发提供借鉴。本文未涉及各峰值能量在传递路径上耗散的差异性及机理，这些规律后续有待进一步研究。

参考文献：

[1]刘先锋，王学军，陈晓宇，等，汽车道路风噪声测试及改进[J].噪声与振动控制，2014，34（ 003）：111-114.

[2]陈诗昊.某车型出风口啸叫问题研究[D].上海交通大学，2017.

[3]严旭，龚旭，孙庆岭，等，某车型空调通风管道气动噪声数值模拟与优化[C]//中国汽车工程学会年会.2013.

[4]姜祖啸、邢鹏、周江彬，汽车后视镜啸叫特性试验研究[J].机械设计，2020，v.37（S2）：193-199.

[5]沈沉，王洋，刘斌，等.汽车空调出风口啸叫的辨识及机理探究[J].汽车工程学报，2015，5（ 003）：229-234.

[6]宋云飞，郑端，王龙飞，等.汽车空调出风口啸叫的控制及优化[C]//河南省汽车工程学会.河南省汽车工程学会，2018.

[7]张军，刘含洁，叶鹏.轿车节气门啸叫的声品质机理分析及控制方法卟噪声与振动控制，2011，31（ 005）：90-92.

[8]Leite R P，Paul S，CJerges S N Y.A sound quality-based investigation of the HVAC system noise of anautomobile modelU]. Applied Acoustics， 2009， O（ 4）：636-645.

[9]Kong X，

PangJ，Zhangj，

et al.Analysis of Flow-Induced Whisde at the Joint of Suction Tube ofVehicle Climate Control System and its Coupling Withthe Tube Structural Mode[C]// Asme InternationalMechanical Engineering Congress&Exposition. 2016.

專家推荐语

康润程

襄阳达安汽车检测中心有限公司

NVH专业副总师 研究员级高级工程师

该文针对某纯电SUV在研发过程中出现的高频啸叫声问题，通过主观评价、道路测试，对声源进行定位、解析、机理分析，明确了啸叫声的来源及其幅频特性，找到了影响啸叫声大小的关键参数。基于此，对进气格栅肋条结构优化方案进行整车测试验证，效果明显。全文结构完整，论点明确、理论正确、论据有效、逻辑性强、可读性强。有较好的实际应用价值。