劉鋼， 王圣波

(1.一汽海馬汽車有限公司， 海南 ?？?570216；2.海南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工業(yè)與信息學(xué)院， 海南 海口 570216)

隨著汽車的逐漸普及，對(duì)汽車的要求從基本代步功能上升到追求各項(xiàng)性能品質(zhì)，其中整車NVH(噪聲、振動(dòng)、聲振粗糙度)性能是汽車品質(zhì)最直觀的指標(biāo)。汽車在高速公路上行駛的時(shí)間越來(lái)越多，人們對(duì)風(fēng)噪的要求越來(lái)越高。當(dāng)車速達(dá)到100 km/h時(shí)，風(fēng)噪開始出現(xiàn)；車速達(dá)到120 km/h時(shí)，風(fēng)噪成為主要噪聲源，并且會(huì)掩蓋發(fā)動(dòng)機(jī)及其他動(dòng)力系統(tǒng)等噪聲源。風(fēng)噪聲不僅會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的聲音，這種高頻的聲音會(huì)使駕駛者和車內(nèi)乘員感覺(jué)不舒服，長(zhǎng)途駕駛還會(huì)使人產(chǎn)生疲勞感，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致疲勞駕駛，出現(xiàn)交通事故。因此，有必要對(duì)車輛進(jìn)行風(fēng)噪分析和控制，降低風(fēng)噪聲，消除令人煩躁的風(fēng)漏聲、口哨聲和風(fēng)振聲等車輛異響。

1 風(fēng)噪的分類

高速行駛過(guò)程中，汽車車身與周圍氣流由于產(chǎn)生摩擦而形成不同噪聲源，可歸納為以下類型：1) 脈動(dòng)噪聲?？諝庾饔迷谲嚿砩?，并在車身周圍形成渦流而產(chǎn)生壓力波動(dòng)。2) 氣吸噪聲。車身相鄰部件在高速行駛中發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)縫隙，車外的空氣穿過(guò)車身縫隙進(jìn)入車內(nèi)產(chǎn)生噪聲。3) 風(fēng)振噪聲。打開車窗或天窗時(shí)，乘員艙的空間就像是一個(gè)共振腔而發(fā)出低頻的轟鳴聲。4) 空腔噪聲。車身表面存在過(guò)大縫隙，空氣進(jìn)入這些縫隙，氣流在里面振蕩，并產(chǎn)生噪聲。其中脈動(dòng)噪聲可通過(guò)仿真分析進(jìn)行控制，但車身上的壓力波動(dòng)難以完全消除，也就是說(shuō)車身上的脈動(dòng)噪聲永遠(yuǎn)存在；相對(duì)于其他三類噪聲，后期問(wèn)題整改中氣吸噪聲可優(yōu)化的空間最大。

2 風(fēng)噪的產(chǎn)生及控制

2.1 氣吸噪聲

氣吸噪聲也稱泄漏噪聲，它是由于存在縫隙導(dǎo)致車身泄漏氣體而傳入車內(nèi)的噪聲。汽車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，車身上的相鄰部件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而形成縫隙，稱之為動(dòng)態(tài)縫隙。汽車在靜止?fàn)顟B(tài)下的縫隙稱為靜態(tài)縫隙，靜態(tài)縫隙可通過(guò)整車氣密性測(cè)試驗(yàn)證其密封性能，但整車氣密性能良好并不代表動(dòng)態(tài)密封也良好，即動(dòng)態(tài)、靜態(tài)風(fēng)噪控制的條件不統(tǒng)一。

車身上有靜態(tài)、動(dòng)態(tài)縫隙的部位均會(huì)有氣吸噪聲產(chǎn)生。常見部位有車門和車身門框之間的間隙、后視鏡安裝座和車身或車門之間的間隙、升降玻璃與水切和泥槽之間的間隙、門把手與車門之間的間隙等。消除車身上的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)縫隙即密封好整車上的這些部位是控制氣吸噪聲的主要手段。

2.2 語(yǔ)音清晰度

語(yǔ)言清晰度(AI)是汽車高速運(yùn)行工況中評(píng)價(jià)風(fēng)噪水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)，分為客觀評(píng)價(jià)和主觀評(píng)價(jià)，客觀數(shù)據(jù)可根據(jù)語(yǔ)言清晰度指數(shù)(SII)計(jì)算得到，主觀評(píng)價(jià)通常采用10等級(jí)打分機(jī)制和主觀感受描述相結(jié)合的方法。另外，500 Hz～20 kHz的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)也是評(píng)價(jià)風(fēng)噪水平的重要客觀參數(shù)。風(fēng)噪頻率主要集中在500 Hz以上，與人聲基音頻率區(qū)域(500～1 000 Hz)重合。因此，風(fēng)噪是影響AI最重要的因素。從設(shè)計(jì)角度，控制風(fēng)噪的方法包括車身整體和附件造型優(yōu)化設(shè)計(jì)及車身密封性整改。在車身密封性良好的前提下，提升聲學(xué)包裝吸聲性能和縮短車內(nèi)混響時(shí)間，將聲能轉(zhuǎn)化成熱能也是實(shí)現(xiàn)車內(nèi)降噪的重要手段。另外，風(fēng)激勵(lì)車身鈑金引起的結(jié)構(gòu)噪聲對(duì)AI也有不小的作用，影響高速工況車內(nèi)語(yǔ)言清晰度的優(yōu)化。

2.3 后視鏡外部造型的影響

后視鏡主要由基座、殼體、鏡片、電動(dòng)機(jī)等組成，其中基座與車身上的三角鈑金相連，殼體安裝在基座上(見圖1)。

圖1 后視鏡的組成

在后視鏡的幾何結(jié)構(gòu)中，影響風(fēng)噪的因素有殼體的外形、殼體的漏水槽、殼體與基座之間縫隙。殼體是迎風(fēng)面的部件，要求其呈流線型。后視鏡上的漏水槽不能影響氣流，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)流水槽，流線型的殼體會(huì)讓水自然流下，如果必須開流水槽，應(yīng)注意避開氣流；同時(shí)折疊型殼體與基座之間的間隙要盡可能小，一般要求不超過(guò)0.5 mm，否則會(huì)產(chǎn)生嘯叫聲(氣流穿過(guò)時(shí)如同口哨一般的聲音)。新車型開發(fā)后期后視鏡的設(shè)計(jì)已定型，要對(duì)外型進(jìn)行整改，會(huì)出現(xiàn)重新開模的情況，成本較大，所以在設(shè)計(jì)前期應(yīng)做好相應(yīng)工作。

汽車行駛過(guò)程中，后視鏡迎風(fēng)面與高速氣流過(guò)渡不平順，則高速氣流與后視鏡分離后在一段距離后再匯集，并在車門和玻璃窗上產(chǎn)生再附著層，在后視鏡殼體后面的分離區(qū)形成強(qiáng)烈的渦流，從而產(chǎn)生脈動(dòng)噪聲。

2.4 氣密性

2.4.1 車門三角鈑金處的密封

氣密性屬于靜態(tài)密封，是控制各系統(tǒng)噪聲的基礎(chǔ)，風(fēng)噪也不例外。靜態(tài)密封是將車身上的工藝孔、功能孔及無(wú)用孔進(jìn)行封堵，使車身上的開孔率達(dá)到最低；動(dòng)態(tài)密封出現(xiàn)在車身密封條、車門密封條及車門玻璃密封條等部位，除密封條外，車身外部上后視鏡基座與車門三角鈑金間也會(huì)出現(xiàn)微小的安裝縫隙(見圖2)，這些縫隙雖然不會(huì)影響整車的氣密性，但車速達(dá)到100 km/h以上時(shí)，縫隙間會(huì)出現(xiàn)氣吸噪聲，產(chǎn)生尖銳的口哨聲。

圖2 后視鏡基座與車門三角鈑金間的配合間隙

后視鏡外部的密封只需考慮后視鏡基座與車門外鈑金的貼合程度，但對(duì)于車門三角鈑金的內(nèi)部密封，后視鏡是常出問(wèn)題的位置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要實(shí)現(xiàn)整圈注膠操作，導(dǎo)軌與上條搭接位置不能有間隙，若出現(xiàn)間隙，要控制在合理誤差范圍內(nèi)。如圖3所示，導(dǎo)軌與上條間隙最大達(dá)2.0 mm，淋雨試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)該處有漏水現(xiàn)象，需進(jìn)行密封操作。

圖3 導(dǎo)軌與上條間隙

此外，車門內(nèi)飾板與三角鈑金之間的配合也會(huì)出現(xiàn)密封問(wèn)題，可利用發(fā)泡進(jìn)行封堵，使其形成封閉狀態(tài)。圖4、圖5為有無(wú)發(fā)泡封堵時(shí)的情況。

圖4 無(wú)發(fā)泡封堵

圖5 有發(fā)泡封堵

2.4.2 車門鈑金搭接處的密封

車門鈑金搭接處的密封常易忽略，前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)遺留下來(lái)的開口、工藝孔、縫隙，當(dāng)后視鏡三角鈑金處密封不良時(shí)，氣流會(huì)穿過(guò)這些孔和縫隙，在內(nèi)飾板和鈑金之間的空腔內(nèi)竄動(dòng)，車速越快，氣流穿過(guò)越多，形成的氣流波動(dòng)越大，從而產(chǎn)生空腔噪聲，不利于后視鏡風(fēng)噪的整改。鈑金搭接處的開口或縫隙可通過(guò)涂膠、加裝泡棉等手段進(jìn)行密封(見圖6)。

圖6 車門鈑金搭接縫隙的密封

2.4.3 后視鏡基座的密封

后視鏡基座是后視鏡與三角鈑金搭接的橋梁。后視鏡基座的密封屬于聲學(xué)包裝的輔助手段，對(duì)于螺栓過(guò)孔與線束過(guò)孔要注意想方設(shè)法進(jìn)行密封，因?yàn)榧词故俏⑿〉目p隙都會(huì)引起風(fēng)噪。只要材料和方法選取得當(dāng)，就能起到吸隔聲的作用(見圖7、圖8)。

圖7 基座處添加發(fā)泡密封

圖8 發(fā)泡模型

3 方案驗(yàn)證

3.1 后視鏡噪聲仿真分析

汽車高速行駛時(shí)，車身上的凸出部件與氣體間形成渦流而產(chǎn)生脈動(dòng)噪聲。新開發(fā)的車輛可通過(guò)聲學(xué)仿真分析軟件Acrtan對(duì)車身系統(tǒng)整體流線、后視鏡速度分布、后視鏡流線及噪聲源進(jìn)行分析，找出高速風(fēng)噪產(chǎn)生的原因及部位和大小(見圖9)。

圖9 后視鏡處高速氣流流線圖

后視鏡處是最容易產(chǎn)生脈動(dòng)噪聲的部位，通過(guò)噪聲源分析，可知左右兩側(cè)的噪聲主要來(lái)自后視鏡(見圖10)。

圖10 噪聲源分布云圖

后視鏡的造型在項(xiàng)目后期無(wú)法更改，但通過(guò)增加一些氣動(dòng)組件進(jìn)行優(yōu)化，可改善氣流流場(chǎng)。氣動(dòng)組件安裝部位見圖11。

圖11 氣動(dòng)組件安裝部位示意圖

3.2 后視鏡靜態(tài)密封測(cè)試

利用氣密性試驗(yàn)臺(tái)可查找車身上的氣體泄露點(diǎn)，為問(wèn)題整改和優(yōu)化后試驗(yàn)驗(yàn)證提供可靠依據(jù)。如圖12所示，在采取封堵三角鈑金上無(wú)用孔、后視鏡及其底座增加密封墊等整改措施(需注意的是底座的螺栓周圍也要密封好)后，通過(guò)整車氣密性測(cè)試，驗(yàn)證后視鏡的貢獻(xiàn)量(見表1)。

圖12 整車氣密性試驗(yàn)臺(tái)

表1 某車型整車氣密性測(cè)試結(jié)果

泄漏量大，說(shuō)明后視鏡密封差，更易產(chǎn)生氣吸噪聲；泄漏量小，說(shuō)明靜態(tài)密封好，但不能說(shuō)明動(dòng)態(tài)密封就好，后視鏡就是典型的例子。

3.3 后視鏡風(fēng)噪的測(cè)量與評(píng)價(jià)

后視鏡是車身上凸出最大的部位，對(duì)風(fēng)噪的影響最大，即使在靜態(tài)密封良好的狀態(tài)下，由于自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因及安裝位置不同，后視鏡的動(dòng)態(tài)密封也有所不同，只有進(jìn)行測(cè)試和整改優(yōu)化才能達(dá)到理想的效果。

風(fēng)噪的測(cè)量方法有風(fēng)洞風(fēng)噪測(cè)量、車外噪聲測(cè)量、車內(nèi)噪聲測(cè)量及道路噪聲測(cè)量。風(fēng)洞噪聲測(cè)量由于實(shí)驗(yàn)室建造復(fù)雜、成本高昂，難以廣泛應(yīng)用。道路測(cè)量可以隨時(shí)在試驗(yàn)場(chǎng)地和高速公路上進(jìn)行，所以得到廣泛應(yīng)用。但道路測(cè)量也存在一些缺陷：一是受環(huán)境因素影響，所測(cè)數(shù)據(jù)中包含風(fēng)噪、路噪及發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，數(shù)據(jù)處理時(shí)需進(jìn)行識(shí)別；二是無(wú)法測(cè)得車外噪聲，如后視鏡周圍的噪聲。如圖13所示，去掉外后視鏡后，在489 Hz附近車內(nèi)噪聲頻譜有所降低[有后視鏡時(shí)為47.15 dB(A),無(wú)后視鏡時(shí)為44.60 dB(A)]，說(shuō)明外后視鏡對(duì)整車風(fēng)噪在489 Hz左右有較大影響，可通過(guò)優(yōu)化后視鏡來(lái)提高整車風(fēng)噪品質(zhì)。圖14和表2為整改前后數(shù)據(jù)對(duì)比。

圖13 有無(wú)后視鏡車內(nèi)噪聲頻譜對(duì)比

圖14 滑行工況下駕駛員左耳側(cè)的語(yǔ)音清晰度

表2 整改前后車內(nèi)語(yǔ)音清晰度對(duì)比

通過(guò)道路測(cè)量對(duì)后視鏡整改件進(jìn)行量化分析，僅是客觀數(shù)據(jù)描述，在實(shí)際行駛過(guò)程中，還需對(duì)車內(nèi)風(fēng)噪品質(zhì)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，即對(duì)風(fēng)噪特征進(jìn)行詳細(xì)描述，如風(fēng)噪中的嘯叫聲、轟鳴聲、噓噓聲、風(fēng)振聲等。

4 結(jié)語(yǔ)

該文系統(tǒng)解析轎車風(fēng)噪聲的主要門類和影響因素，為有效控制風(fēng)噪聲提供理論依據(jù)。根據(jù)后視鏡的靜、動(dòng)態(tài)密封及設(shè)計(jì)要求，將仿真和試驗(yàn)相結(jié)合，分析存在的風(fēng)噪聲問(wèn)題并提出整改優(yōu)化措施，降低后視鏡處的風(fēng)噪，為解決轎車風(fēng)噪聲問(wèn)題提供借鑒。