风噪方案识别及关联性研究

2021-06-04张祥东杨明辉邹锐

汽车实用技术 2021年10期

张祥东，杨明辉，邹锐

（1.中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司，天津 300399；2.河北工业大学，天津 300401）

引言

随着中国市场的发展，顾客对汽车的品质要求也越来越高。汽车界已形成一个共识：NVH性能是决定汽车品质感最重要的指标之一。而在主机厂售后抱怨的众多NVH问题中，风噪的抱怨问题一直居高不下。同时，IQS每年的报告中，风噪问题也是重点考察项。当车速达到 80km/h以上时，风噪逐步成为汽车的主要噪声源，它也成为 NVH工程师首要解决的问题[1]。

整车风噪开发是一个系统且复杂的工作。当前，各主机厂面临的现实问题是：项目周期短、试错成本低。在项目开发过程中需要尽可能的一次性把风噪问题解决掉。因此，如何快速、全面的识别风噪问题，及时给出方案是行业内急需解决的难题。

基于此背景，本文研究了风噪道路试验和风洞试验相结合的风噪方案识别方法及道路试验与风洞试验的关联性，从而为各主机厂后续车型的风噪性能开发提供一个参考思路。

1 风噪方案识别

1.1 整车风噪正向开发介绍

在进行风噪道路及风洞试验的方案识别研究开始前，有必要针对整车风噪性能正向开发流程做一个简单介绍。整车风噪开发是基于车型的项目开发节点来开展的正向开发工作。

依据项目开发节点，整车风噪正向开发通常包括如下五个阶段：

（1）对标车对标及目标设定阶段；（2）CFD 仿真及数模校核阶段；（3）样车跟线检查阶段；（4）样车调校阶段；（5）样车一致性排查及确认阶段。

对标车对标及目标设定阶段工作又包括如下几个重点工作：

（1）对标车静态评价；（2）对标车道路试验及主观评价；（3）对标车风洞试验及主观评价；（4）对标车结构拆解分析；（5）整车风噪目标初步设定。

风噪CFD仿真及数模校核阶段工作包括如下几个方面：

（1）风噪数模外流场仿真；（2）油泥模型风洞试验；（3）风噪数模CAS面及主断面DMU校核；（4）天窗、车窗风振仿真；（5）车内风噪声预测；（6）车门高速动态泄露仿真；（7）风噪整车数模DMU校核。

样车跟线检查阶段工作包括如下几个方面：

（1）焊装车身跟线检查；（2）涂装车身跟线检查；（3）总装装配跟线检查。

样车调校阶段工作包括如下几个方面：

（1）白车身气密性试验及优化；（2）整车气密性试验及优化[2]；（3）超声波泄漏试验及优化；（4）风噪方案识别及工程化方案建议。

样车一致性排查及确认阶段工作细分如下：（1）样车装车样件一致性排查及确认；（2）样车车门装配状态一致性排查；（3）样车高速工况车门动态变形量一致性排查；（4）主观驾评感受一致性确认；（5）客观数据达标一致性确认。

因此，一辆全新开发的汽车需要经过上述阶段及做好相应的细分工作，才能保证整车风噪达到一个理想水平。

1.2 风噪道路试验研究

其中，样车调校阶段中的风噪方案识别工作涉及道路试验和风洞试验，两者在风噪方案识别中发挥各自不同的作用且又关联密切。

风噪道路试验需选择较为光滑的沥青路面进行。试验时风速一般不超过3m/s。依据不同客户要求选择不同的车内测试点，通常测点为：驾驶员外耳（FRLE）及右后外耳（RERI）位置。

道路试验的优点：试验方便、节约成本；缺点：受天气等自然环境影响大，数据测试一致性较风洞试验数据差，试验误差大，同时，道路试验有一定的安全风险。

汽车风噪声道路及风洞试验的客观测试指标行业内未有统一的标准。一般而言，风噪频率主要集中在中高频段（500Hz以上），可采用A计权声压级、语音清晰度、响度等作为风噪声的客观评价指标[3]。

同时，对于风噪道路试验的测试工况来说，国内也未形成统一标准。经研究发现：国内部分主机厂风噪道路试验采用汽车高速挂空挡滑行工况（通常140km/h滑行至80km/h）。此时，发动机处于怠速工作状态，发动机声辐射较小，其噪声基本不影响车内风噪的评价及测试。胎噪及底盘结构噪声在中高频率段虽有一定影响，但主要是客观数据的影响，主观感受并不明显。

另一部分主机厂采用汽车匀速工况（通常匀速 100km/h或者 120km/h）测试风噪。发动机和路噪声虽有一定影响，但并不明显。匀速工况的优势在于：测试设备不需要采集速度信号，可节省GPS采集设备或相关CAN线信号设备；同时道路测试结果可以和风洞试验中的匀速测试结果做横向对比，并能发现两者的关联性。

中汽研在天津有自己固定的光滑沥青路面用来进行风噪道路试验，此路面已与中汽研盐城试验场的光滑路面做过对标工作，因此基于上述固定路面所采集的风噪试验数据是可行、可用的。

图1 用于风噪道路试验的光滑沥青路

同时，为了能和风洞结果做横向对比，中汽研风噪道路试验采用匀速工况进行数据采集。

道路试验的数据采集及麦克风布置等相关内容的介绍其他论文早有论述，在此不做赘述。

道路试验每路信号采样时间为10秒，采样率为48KHz，20Hz高通滤波；分析频率范围是500-8000 Hz，FFT块大小为4096。所有频谱分析加汉宁窗，采用A计权。

表1 风噪道路测试方案

无论道路试验还是风洞试验，核心内容都是查找、对比不同方案的贡献量并依据贡献量的排序大小进行方案优化。下面所讨论的道路试验和风洞试验及相关测试数据都是基于同一台试验车进行。

上述表格中所列举的测试方案涵盖了风噪较大部分试验方案，具有探讨价值。相关测试数据的贡献量见下表2。

表2 道路试验各方案贡献量

对以上路试数据贡献量进行分析可知：影响风噪的主要因素为发挥隔声作用的前风挡声学玻璃及前车门声学玻璃、车身底护板部件等；其次为车身附件相关，包括机舱盖前沿密封条、车门与车身之间所加的第三道密封条、后背门顶部钣金密封条等。

基于经验判断，方案16至19理应有相应贡献量，但道路试验中未能有效识别。这可能与道路试验本身测试误差有关。

为进一步识别、锁定风噪方案，必须借助声学风洞资源进行风洞试验。

1.3 风噪风洞试验研究

风噪风洞试验需在声学风洞中进行，这种测试方法有如下优势：安全、结果精度高、不受自然环境（雨雪雷电等天气）的影响[4]。缺点：试验成本高、试验时间不能控制（国内目前只有三家声学风洞实验室，资源较为紧张，需提前预约）。

图2 试验车辆在风洞中的准备工作

中汽研拥有自己的声学风洞实验室，可开展乘用车的风噪风阻相关试验及研究工作。可参见图2。

风噪风洞试验的测试工况较为统一，查找贡献量时基本采用风速120km/h，0°偏转角的测试工况[5]。

风洞试验使用 Head人工头采集数据，试验人工头每路信号采样时间为20秒，采样率为48KHz，人工头设置进行20Hz高通滤波；分析频率范围是500-8000 Hz，FFT块大小为4096。所有频谱分析加汉宁窗，采用A计权。

同样方法，依据试验任务书中的试验方案进行风洞试验。

表3 风噪风洞测试方案

上述表格中所列举的测试方案与道路试验方案相同，这样做的目的在于：利用风洞试验的高精度来校准道路试验方案的准确性及发现道路试验中未识别的方案。风洞相关测试数据的贡献量见下表4。

表4 风洞试验各方案贡献量

通过以上的风洞试验数据可以看出：在风洞中开展风噪测试及问题排查工作是必要且正确的，它可以精确得出相关方案的贡献量[6]。

若以风洞试验结果作为基准，上述18个方案中，道路试验识别的有效方案13个，错误方案1个（方案8），未识别的方案有4个（方案16-19）。风噪道路试验的方案识别成功率为72.2%。当然这与道路试验的外在试验条件有较大关系，例如：风速、天气、路面、车速等影响。与此同时，在对比贡献量的时候，也应参考对比声压级频谱差异。

综上，汽车风噪开发中的方案识别建议采用如下方法：可优先应用路试手段进行风噪方案识别，路试能识别出大部分问题。再应用风洞试验手段进行方案的查漏补缺。这样，大大缩短了风洞试验的时间，节约开发成本，且保证了风噪方案的全面性。

因此，车辆风噪道路试验必须与风洞试验有效结合才能全面识别风噪风险点，才有可能开发好汽车风噪性能。

2 风噪关联性研究

2.1 车辆风噪道路试验与风洞试验关联性研究

车辆道路试验与风洞试验相结合开发风噪是业界内的共识，但两者的关联性很少有人研究。这涉及到项目周期、成本、试验条件是否具备、NVH项目组的控制力度等因素，上述因素在此不展开讨论。

不同的是：道路试验时车辆运动，风洞试验时风运动。但两者的速度一样，都是 120km/h。这为研究两者的关联性架起桥梁。

下图（图3、4）所示，同一台样车（风噪方案一样）所测试的道路试验和风洞试验A计权频谱对比结果。

图3 驾驶员左耳A计权声压级频谱对比图

图 3所示，前排 600Hz是路试和风洞频谱的分界线。600Hz以前路试频谱幅值远高于风洞频谱幅值。600Hz以后路试频谱与风洞频谱重合度较好。因此，后续基于这一平台（某主机厂某平台车型）所开发车型其前排风噪如采用路试手段进行风噪贡献量排查时，可以考察其600-8000Hz之间的A计权声压级对比。避免600Hz以前的其他噪声源（发动机噪声、路噪等）的干扰。

图4 右后乘客右耳A计权声压级频谱对比图

图 4所示，后排 900Hz是路试和风洞频谱的分界线。900Hz以前的路试频谱幅值远高于风洞频谱幅值。900Hz以后的路试频谱与风洞频谱重合度较好。因此，后续基于这一平台（某主机厂某平台车型）所开发车型其后排风噪如采用路试手段进行风噪贡献量排查时，可以考察其 900-8000Hz之间的A计权声压级对比，避免900Hz以前的其他噪声源（发动机噪声、路噪等）的干扰。

综上分析可知：同一车型的前、后排路试风噪频率分界点也不一样，并非大家所认知的500Hz起。因此，后续车型各主机厂可根据自己平台车的风洞试验和路试试验结果来找到开发车型的路试风噪频率范围。但因为样本量不够大，因此本论文中的关联性结论可作为后续开发参考。