張祥東，楊明輝，鄒銳

（1.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300399；2.河北工業(yè)大學(xué)，天津 300401）

引言

隨著中國(guó)市場(chǎng)的發(fā)展，顧客對(duì)汽車的品質(zhì)要求也越來越高。汽車界已形成一個(gè)共識(shí)：NVH性能是決定汽車品質(zhì)感最重要的指標(biāo)之一。而在主機(jī)廠售后抱怨的眾多NVH問題中，風(fēng)噪的抱怨問題一直居高不下。同時(shí)，IQS每年的報(bào)告中，風(fēng)噪問題也是重點(diǎn)考察項(xiàng)。當(dāng)車速達(dá)到 80km/h以上時(shí)，風(fēng)噪逐步成為汽車的主要噪聲源，它也成為 NVH工程師首要解決的問題[1]。

整車風(fēng)噪開發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)且復(fù)雜的工作。當(dāng)前，各主機(jī)廠面臨的現(xiàn)實(shí)問題是：項(xiàng)目周期短、試錯(cuò)成本低。在項(xiàng)目開發(fā)過程中需要盡可能的一次性把風(fēng)噪問題解決掉。因此，如何快速、全面的識(shí)別風(fēng)噪問題，及時(shí)給出方案是行業(yè)內(nèi)急需解決的難題。

基于此背景，本文研究了風(fēng)噪道路試驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合的風(fēng)噪方案識(shí)別方法及道路試驗(yàn)與風(fēng)洞試驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性，從而為各主機(jī)廠后續(xù)車型的風(fēng)噪性能開發(fā)提供一個(gè)參考思路。

1 風(fēng)噪方案識(shí)別

1.1 整車風(fēng)噪正向開發(fā)介紹

在進(jìn)行風(fēng)噪道路及風(fēng)洞試驗(yàn)的方案識(shí)別研究開始前，有必要針對(duì)整車風(fēng)噪性能正向開發(fā)流程做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。整車風(fēng)噪開發(fā)是基于車型的項(xiàng)目開發(fā)節(jié)點(diǎn)來開展的正向開發(fā)工作。

依據(jù)項(xiàng)目開發(fā)節(jié)點(diǎn)，整車風(fēng)噪正向開發(fā)通常包括如下五個(gè)階段：

（1）對(duì)標(biāo)車對(duì)標(biāo)及目標(biāo)設(shè)定階段；（2）CFD 仿真及數(shù)模校核階段；（3）樣車跟線檢查階段；（4）樣車調(diào)校階段；（5）樣車一致性排查及確認(rèn)階段。

對(duì)標(biāo)車對(duì)標(biāo)及目標(biāo)設(shè)定階段工作又包括如下幾個(gè)重點(diǎn)工作：

（1）對(duì)標(biāo)車靜態(tài)評(píng)價(jià)；（2）對(duì)標(biāo)車道路試驗(yàn)及主觀評(píng)價(jià)；（3）對(duì)標(biāo)車風(fēng)洞試驗(yàn)及主觀評(píng)價(jià)；（4）對(duì)標(biāo)車結(jié)構(gòu)拆解分析；（5）整車風(fēng)噪目標(biāo)初步設(shè)定。

風(fēng)噪CFD仿真及數(shù)模校核階段工作包括如下幾個(gè)方面：

（1）風(fēng)噪數(shù)模外流場(chǎng)仿真；（2）油泥模型風(fēng)洞試驗(yàn)；（3）風(fēng)噪數(shù)模CAS面及主斷面DMU校核；（4）天窗、車窗風(fēng)振仿真；（5）車內(nèi)風(fēng)噪聲預(yù)測(cè)；（6）車門高速動(dòng)態(tài)泄露仿真；（7）風(fēng)噪整車數(shù)模DMU校核。

樣車跟線檢查階段工作包括如下幾個(gè)方面：

（1）焊裝車身跟線檢查；（2）涂裝車身跟線檢查；（3）總裝裝配跟線檢查。

樣車調(diào)校階段工作包括如下幾個(gè)方面：

（1）白車身氣密性試驗(yàn)及優(yōu)化；（2）整車氣密性試驗(yàn)及優(yōu)化[2]；（3）超聲波泄漏試驗(yàn)及優(yōu)化；（4）風(fēng)噪方案識(shí)別及工程化方案建議。

樣車一致性排查及確認(rèn)階段工作細(xì)分如下：（1）樣車裝車樣件一致性排查及確認(rèn)；（2）樣車車門裝配狀態(tài)一致性排查；（3）樣車高速工況車門動(dòng)態(tài)變形量一致性排查；（4）主觀駕評(píng)感受一致性確認(rèn)；（5）客觀數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)一致性確認(rèn)。

因此，一輛全新開發(fā)的汽車需要經(jīng)過上述階段及做好相應(yīng)的細(xì)分工作，才能保證整車風(fēng)噪達(dá)到一個(gè)理想水平。

1.2 風(fēng)噪道路試驗(yàn)研究

其中，樣車調(diào)校階段中的風(fēng)噪方案識(shí)別工作涉及道路試驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)，兩者在風(fēng)噪方案識(shí)別中發(fā)揮各自不同的作用且又關(guān)聯(lián)密切。

風(fēng)噪道路試驗(yàn)需選擇較為光滑的瀝青路面進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)風(fēng)速一般不超過3m/s。依據(jù)不同客戶要求選擇不同的車內(nèi)測(cè)試點(diǎn)，通常測(cè)點(diǎn)為：駕駛員外耳（FRLE）及右后外耳（RERI）位置。

道路試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)方便、節(jié)約成本；缺點(diǎn)：受天氣等自然環(huán)境影響大，數(shù)據(jù)測(cè)試一致性較風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)差，試驗(yàn)誤差大，同時(shí)，道路試驗(yàn)有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

汽車風(fēng)噪聲道路及風(fēng)洞試驗(yàn)的客觀測(cè)試指標(biāo)行業(yè)內(nèi)未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一般而言，風(fēng)噪頻率主要集中在中高頻段（500Hz以上），可采用A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)、語(yǔ)音清晰度、響度等作為風(fēng)噪聲的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)[3]。

同時(shí)，對(duì)于風(fēng)噪道路試驗(yàn)的測(cè)試工況來說，國(guó)內(nèi)也未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：國(guó)內(nèi)部分主機(jī)廠風(fēng)噪道路試驗(yàn)采用汽車高速掛空擋滑行工況（通常140km/h滑行至80km/h）。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工作狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)聲輻射較小，其噪聲基本不影響車內(nèi)風(fēng)噪的評(píng)價(jià)及測(cè)試。胎噪及底盤結(jié)構(gòu)噪聲在中高頻率段雖有一定影響，但主要是客觀數(shù)據(jù)的影響，主觀感受并不明顯。

另一部分主機(jī)廠采用汽車勻速工況（通常勻速 100km/h或者 120km/h）測(cè)試風(fēng)噪。發(fā)動(dòng)機(jī)和路噪聲雖有一定影響，但并不明顯。勻速工況的優(yōu)勢(shì)在于：測(cè)試設(shè)備不需要采集速度信號(hào)，可節(jié)省GPS采集設(shè)備或相關(guān)CAN線信號(hào)設(shè)備；同時(shí)道路測(cè)試結(jié)果可以和風(fēng)洞試驗(yàn)中的勻速測(cè)試結(jié)果做橫向?qū)Ρ龋⒛馨l(fā)現(xiàn)兩者的關(guān)聯(lián)性。

中汽研在天津有自己固定的光滑瀝青路面用來進(jìn)行風(fēng)噪道路試驗(yàn)，此路面已與中汽研鹽城試驗(yàn)場(chǎng)的光滑路面做過對(duì)標(biāo)工作，因此基于上述固定路面所采集的風(fēng)噪試驗(yàn)數(shù)據(jù)是可行、可用的。

圖1 用于風(fēng)噪道路試驗(yàn)的光滑瀝青路

同時(shí)，為了能和風(fēng)洞結(jié)果做橫向?qū)Ρ?，中汽研風(fēng)噪道路試驗(yàn)采用勻速工況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

道路試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集及麥克風(fēng)布置等相關(guān)內(nèi)容的介紹其他論文早有論述，在此不做贅述。

道路試驗(yàn)每路信號(hào)采樣時(shí)間為10秒，采樣率為48KHz，20Hz高通濾波；分析頻率范圍是500-8000 Hz，F(xiàn)FT塊大小為4096。所有頻譜分析加漢寧窗，采用A計(jì)權(quán)。

表1 風(fēng)噪道路測(cè)試方案

無論道路試驗(yàn)還是風(fēng)洞試驗(yàn)，核心內(nèi)容都是查找、對(duì)比不同方案的貢獻(xiàn)量并依據(jù)貢獻(xiàn)量的排序大小進(jìn)行方案優(yōu)化。下面所討論的道路試驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)及相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)都是基于同一臺(tái)試驗(yàn)車進(jìn)行。

上述表格中所列舉的測(cè)試方案涵蓋了風(fēng)噪較大部分試驗(yàn)方案，具有探討價(jià)值。相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)量見下表2。

表2 道路試驗(yàn)各方案貢獻(xiàn)量

對(duì)以上路試數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)量進(jìn)行分析可知：影響風(fēng)噪的主要因素為發(fā)揮隔聲作用的前風(fēng)擋聲學(xué)玻璃及前車門聲學(xué)玻璃、車身底護(hù)板部件等；其次為車身附件相關(guān)，包括機(jī)艙蓋前沿密封條、車門與車身之間所加的第三道密封條、后背門頂部鈑金密封條等。

基于經(jīng)驗(yàn)判斷，方案16至19理應(yīng)有相應(yīng)貢獻(xiàn)量，但道路試驗(yàn)中未能有效識(shí)別。這可能與道路試驗(yàn)本身測(cè)試誤差有關(guān)。

為進(jìn)一步識(shí)別、鎖定風(fēng)噪方案，必須借助聲學(xué)風(fēng)洞資源進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。

1.3 風(fēng)噪風(fēng)洞試驗(yàn)研究

風(fēng)噪風(fēng)洞試驗(yàn)需在聲學(xué)風(fēng)洞中進(jìn)行，這種測(cè)試方法有如下優(yōu)勢(shì)：安全、結(jié)果精度高、不受自然環(huán)境（雨雪雷電等天氣）的影響[4]。缺點(diǎn)：試驗(yàn)成本高、試驗(yàn)時(shí)間不能控制（國(guó)內(nèi)目前只有三家聲學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，資源較為緊張，需提前預(yù)約）。

圖2 試驗(yàn)車輛在風(fēng)洞中的準(zhǔn)備工作

中汽研擁有自己的聲學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，可開展乘用車的風(fēng)噪風(fēng)阻相關(guān)試驗(yàn)及研究工作?？蓞⒁妶D2。

風(fēng)噪風(fēng)洞試驗(yàn)的測(cè)試工況較為統(tǒng)一，查找貢獻(xiàn)量時(shí)基本采用風(fēng)速120km/h，0°偏轉(zhuǎn)角的測(cè)試工況[5]。

風(fēng)洞試驗(yàn)使用 Head人工頭采集數(shù)據(jù)，試驗(yàn)人工頭每路信號(hào)采樣時(shí)間為20秒，采樣率為48KHz，人工頭設(shè)置進(jìn)行20Hz高通濾波；分析頻率范圍是500-8000 Hz，F(xiàn)FT塊大小為4096。所有頻譜分析加漢寧窗，采用A計(jì)權(quán)。

同樣方法，依據(jù)試驗(yàn)任務(wù)書中的試驗(yàn)方案進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。

表3 風(fēng)噪風(fēng)洞測(cè)試方案

上述表格中所列舉的測(cè)試方案與道路試驗(yàn)方案相同，這樣做的目的在于：利用風(fēng)洞試驗(yàn)的高精度來校準(zhǔn)道路試驗(yàn)方案的準(zhǔn)確性及發(fā)現(xiàn)道路試驗(yàn)中未識(shí)別的方案。風(fēng)洞相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)量見下表4。

表4 風(fēng)洞試驗(yàn)各方案貢獻(xiàn)量

通過以上的風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：在風(fēng)洞中開展風(fēng)噪測(cè)試及問題排查工作是必要且正確的，它可以精確得出相關(guān)方案的貢獻(xiàn)量[6]。

若以風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果作為基準(zhǔn)，上述18個(gè)方案中，道路試驗(yàn)識(shí)別的有效方案13個(gè)，錯(cuò)誤方案1個(gè)（方案8），未識(shí)別的方案有4個(gè)（方案16-19）。風(fēng)噪道路試驗(yàn)的方案識(shí)別成功率為72.2%。當(dāng)然這與道路試驗(yàn)的外在試驗(yàn)條件有較大關(guān)系，例如：風(fēng)速、天氣、路面、車速等影響。與此同時(shí)，在對(duì)比貢獻(xiàn)量的時(shí)候，也應(yīng)參考對(duì)比聲壓級(jí)頻譜差異。

綜上，汽車風(fēng)噪開發(fā)中的方案識(shí)別建議采用如下方法：可優(yōu)先應(yīng)用路試手段進(jìn)行風(fēng)噪方案識(shí)別，路試能識(shí)別出大部分問題。再應(yīng)用風(fēng)洞試驗(yàn)手段進(jìn)行方案的查漏補(bǔ)缺。這樣，大大縮短了風(fēng)洞試驗(yàn)的時(shí)間，節(jié)約開發(fā)成本，且保證了風(fēng)噪方案的全面性。

因此，車輛風(fēng)噪道路試驗(yàn)必須與風(fēng)洞試驗(yàn)有效結(jié)合才能全面識(shí)別風(fēng)噪風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，才有可能開發(fā)好汽車風(fēng)噪性能。

2 風(fēng)噪關(guān)聯(lián)性研究

2.1 車輛風(fēng)噪道路試驗(yàn)與風(fēng)洞試驗(yàn)關(guān)聯(lián)性研究

車輛道路試驗(yàn)與風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合開發(fā)風(fēng)噪是業(yè)界內(nèi)的共識(shí)，但兩者的關(guān)聯(lián)性很少有人研究。這涉及到項(xiàng)目周期、成本、試驗(yàn)條件是否具備、NVH項(xiàng)目組的控制力度等因素，上述因素在此不展開討論。

不同的是：道路試驗(yàn)時(shí)車輛運(yùn)動(dòng)，風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)風(fēng)運(yùn)動(dòng)。但兩者的速度一樣，都是 120km/h。這為研究?jī)烧叩年P(guān)聯(lián)性架起橋梁。

下圖（圖3、4）所示，同一臺(tái)樣車（風(fēng)噪方案一樣）所測(cè)試的道路試驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)A計(jì)權(quán)頻譜對(duì)比結(jié)果。

圖3 駕駛員左耳A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)頻譜對(duì)比圖

圖 3所示，前排 600Hz是路試和風(fēng)洞頻譜的分界線。600Hz以前路試頻譜幅值遠(yuǎn)高于風(fēng)洞頻譜幅值。600Hz以后路試頻譜與風(fēng)洞頻譜重合度較好。因此，后續(xù)基于這一平臺(tái)（某主機(jī)廠某平臺(tái)車型）所開發(fā)車型其前排風(fēng)噪如采用路試手段進(jìn)行風(fēng)噪貢獻(xiàn)量排查時(shí)，可以考察其600-8000Hz之間的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)對(duì)比。避免600Hz以前的其他噪聲源（發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、路噪等）的干擾。

圖4 右后乘客右耳A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)頻譜對(duì)比圖

圖 4所示，后排 900Hz是路試和風(fēng)洞頻譜的分界線。900Hz以前的路試頻譜幅值遠(yuǎn)高于風(fēng)洞頻譜幅值。900Hz以后的路試頻譜與風(fēng)洞頻譜重合度較好。因此，后續(xù)基于這一平臺(tái)（某主機(jī)廠某平臺(tái)車型）所開發(fā)車型其后排風(fēng)噪如采用路試手段進(jìn)行風(fēng)噪貢獻(xiàn)量排查時(shí)，可以考察其 900-8000Hz之間的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)對(duì)比，避免900Hz以前的其他噪聲源（發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、路噪等）的干擾。

綜上分析可知：同一車型的前、后排路試風(fēng)噪頻率分界點(diǎn)也不一樣，并非大家所認(rèn)知的500Hz起。因此，后續(xù)車型各主機(jī)廠可根據(jù)自己平臺(tái)車的風(fēng)洞試驗(yàn)和路試試驗(yàn)結(jié)果來找到開發(fā)車型的路試風(fēng)噪頻率范圍。但因?yàn)闃颖玖坎粔虼?，因此本論文中的關(guān)聯(lián)性結(jié)論可作為后續(xù)開發(fā)參考。

3 結(jié)論

本文對(duì)風(fēng)噪正向開發(fā)工作做了簡(jiǎn)單介紹，并就其中的道路試驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)在風(fēng)噪方案識(shí)別方面展開詳細(xì)研究。通過研究可以看出：道路試驗(yàn)的方案識(shí)別成功率為 72.2%，可識(shí)別出大部分的風(fēng)噪問題，仍需風(fēng)洞試驗(yàn)查漏補(bǔ)缺相關(guān)方案。本文給出的風(fēng)噪道路試驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合的風(fēng)噪方案識(shí)別方法解決了當(dāng)前的行業(yè)難題。

同時(shí)，本文就道路試驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性研究為后續(xù)風(fēng)噪道路試驗(yàn)頻率段范圍的界定給出了參考數(shù)值。