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風(fēng)噪實驗的“獨(dú)孤九劍”
2020-08-11 16:32:51· 來源：LBM與流體力學(xué)
如果把風(fēng)阻對標(biāo)比喻成蛤蟆功，那么風(fēng)噪對標(biāo)則更像是獨(dú)孤九劍。各個劍式之間彼此獨(dú)立，又融會貫通，正如風(fēng)噪對標(biāo)，總體的風(fēng)噪水平固然重要，然而唯有清晰的分辨出
如果把風(fēng)阻對標(biāo)比喻成“蛤蟆功”，那么風(fēng)噪對標(biāo)則更像是“獨(dú)孤九劍”。各個劍式之間彼此獨(dú)立，又融會貫通，正如風(fēng)噪對標(biāo)，總體的風(fēng)噪水平固然重要，然而唯有清晰的分辨出每個部件對于內(nèi)部噪聲的貢獻(xiàn)，才能更深刻的理解整車的風(fēng)噪性能。
01、玻璃面板的貢獻(xiàn)度分析
大家都知道噪聲是對數(shù)疊加，最主要的噪聲源對于總噪聲水平的影響最大，所以對于上車身風(fēng)噪來說，明確每一塊玻璃面板對內(nèi)部噪聲的貢獻(xiàn)非常關(guān)鍵。只有明確了每一塊面板對噪聲的貢獻(xiàn)，才能有的放矢的進(jìn)行風(fēng)噪的優(yōu)化。
通過實驗測量玻璃面板貢獻(xiàn)度的思路很簡單，先用砧板和吸音棉從乘員艙內(nèi)側(cè)把每一塊玻璃面板都封住，然后逐一拆掉每一塊玻璃面板內(nèi)側(cè)的隔音墊即可測出相應(yīng)的噪聲貢獻(xiàn)。測試過程中，隔音墊除了需要完全覆蓋玻璃內(nèi)側(cè)之外，其質(zhì)量應(yīng)不低于2kg/m2（敲黑板的“質(zhì)量定理”小常識：結(jié)構(gòu)質(zhì)量增加一倍，聲傳遞損失增加6dB）。另外，測試出來的dB不要直接相減哦，先換算成壓力再相減，然后就能算出每一塊玻璃面板的貢獻(xiàn)啦（需要具體的計算公式，請私信我們哦）。下圖給出了捷豹路虎通過實驗測試某車型的前側(cè)窗面板貢獻(xiàn)度分析的結(jié)果。
02、再麻煩也要測的底盤噪聲
在“底盤噪聲的小秘密”那篇文章里，我們和大家聊過，底盤噪聲的總聲壓級水平比上車身風(fēng)噪要大不少，而且在很廣泛的頻率范圍都有貢獻(xiàn)，所以底盤噪聲很重要。通過實驗明確底盤噪聲的貢獻(xiàn)對于我們了解整車的風(fēng)噪水平很有必要。
目前底盤測試的方法主要有兩種：一種是直接測量，這種方法需要保證測試的時候盡量的隔離其它噪聲源，包括上述的玻璃面板，以及間隙/密封條和泄露噪聲等；當(dāng)然另外一種間接法稍微簡單一點，就是分別測量有無底盤圍裙的兩種工況，然后將測試得到的兩條頻譜相減即可得到底盤的貢獻(xiàn)。
03、撕掉膠帶才是真實的風(fēng)噪
貼上膠帶是為了避免泄露和密封條的傳聲，不過相信絕大部分用戶都不會像下圖這樣貼著膠帶開車。所以撕掉膠帶才能更準(zhǔn)確的測試風(fēng)噪的性能，那么，膠帶怎么撕才能更好的研究風(fēng)噪性能呢？
基本的原則是從貢獻(xiàn)小的區(qū)域向貢獻(xiàn)大的區(qū)域慢慢撕，這樣才能分清楚每個部分的貢獻(xiàn)。還有，為了分辨泄露和密封條的貢獻(xiàn)，在撕掉外表面膠帶的時候，可以考慮在內(nèi)側(cè)貼上膠帶，這樣既能避免泄露，還可以讓密封條的空腔暴露出來，成為聲音傳遞的路徑，從而分辨出密封條的貢獻(xiàn)。
04、速度掃略讓嘯叫無處可逃
隨著客戶對于舒適性的要求越來越高，嘯叫幾乎是不能忍受的，而嘯叫的出現(xiàn)又很隨機(jī)，如同變幻莫測的暗器，令人防不勝防。所以每當(dāng)車型開發(fā)過程中碰到嘯叫問題，咱們的風(fēng)噪工程師就如臨大敵。不過所幸，咱們的獨(dú)孤九劍也有專門對付暗器的“破箭式”。
通常情況下，嘯叫是由車身上某些微小的幾何在特定的來流工況下產(chǎn)生的特定頻段上的聲壓級峰值問題。不同于寬頻噪聲，嘯叫非常敏感，只會在某些特定工況下出現(xiàn)。之前和S廠合作的時候，碰到過一個非常有（抓）趣（狂）的格柵嘯叫問題——在某大型SUV上表現(xiàn)良好的結(jié)構(gòu)，被“套娃”到一個小型SUV上時居然出現(xiàn)了很嚴(yán)重的嘯叫，搞得咱們的工程師措手不及。
實不相瞞，很多人都問過我們一個問題：
- 客戶：仿真到底能不能研究嘯叫？
- 小編：如果你能告訴我哪個幾何結(jié)構(gòu)在哪個工況下產(chǎn)生哪個頻率的嘯叫，我就能仿真。
- 客戶：如果我什么都知道了，為什么我還要仿真呢？
- 小編：額，要不咱們試試實驗吧？
對于嘯叫的分析，實驗手段幾乎完勝仿真。在風(fēng)洞里，我們只需要緩慢增加來流速度，并通過遠(yuǎn)場的麥克風(fēng)就能夠明確嘯叫的問題，以及產(chǎn)生嘯叫的工況和大致的幾何位置。為了進(jìn)一步明確產(chǎn)生嘯叫的幾何結(jié)構(gòu)，只需要通過膠帶密封局部區(qū)域的詳細(xì)幾何，即可判斷產(chǎn)生嘯叫的具體位置。通常情況下，格柵、后視鏡以及開孔的尾翼是最容易出現(xiàn)嘯叫的區(qū)域，當(dāng)然具體的頻率和來流工況有所不同，需要特別的關(guān)注。
05、有偏航角的工況更接近實際
通常情況下，無論是實驗還是仿真，研究最多的工況都是0°偏角的，但是我們在高速公路上開車的時候，來流通常會有一定的偏角，比如120km/h的行駛速度和5m/s的橫風(fēng)共同作用時的來流偏角大約為8.5°。即使沒有橫風(fēng)的作用，湍流固有的非定常脈動仍然會使得來流偏角在一定范圍內(nèi)波動，而駕駛員或者乘客實際感受到的風(fēng)噪水平一定是偏角波動到最大值時的狀態(tài)。所以想要在真實路況上依然表現(xiàn)很好的風(fēng)噪性能，需要確保我們的車型在大偏角工況下依然保持較低的風(fēng)噪水平。
福特通過實驗和仿真研究了0°和10°偏角的差異（AIAA 2006-2559）。從下圖可以看出，偏角增大顯著增加了A柱和后視鏡附近的渦流強(qiáng)度，使得側(cè)窗對于內(nèi)部噪聲貢獻(xiàn)在不同頻段上增加約5-10dB。
06、一籌莫展之際試試“Sanity Check”
大家去風(fēng)洞做風(fēng)噪實驗的時候，是不是碰到過連續(xù)吹了5、6個優(yōu)化方案都沒有效果的情況？或者總的內(nèi)部噪聲比同級別的車型大了不少？于是你就盯著測試的樣車“左看右看上看下看”，卻依然一籌莫展。下次再碰到這樣的問題，或許可以嘗試一下“Sanity Check”。
“Sanity Check”，直譯成中文的意思是“完整性檢查”，大致的思路是：當(dāng)你覺得測試結(jié)果不合理，可是不知道為什么的時候，那就做一個已知答案的測試，看看測試的結(jié)果和已知的答案是否一致，如果不一致，則說明很可能是測試有誤。
沒看明白，能不能舉個栗子呢？
風(fēng)噪實驗過程中，如果連續(xù)N個優(yōu)化方案的測試結(jié)果都沒有什么效果，那么，到底是優(yōu)化方案本身沒效果，還是實驗過程有問題呢？試一試把后視鏡的鏡柄增大一倍，或者在三角板的尾緣貼上一個厚厚的凸起，再測試一次，如果明明應(yīng)該惡化的內(nèi)部噪聲還是沒變化，那么我們需要去檢查一下是不是測試設(shè)備出了問題，或者由于泄露等原因?qū)е履硞€噪聲源將其他部分的貢獻(xiàn)都掩蓋住了。如果實驗本身的問題被排除了，那就思索一下各個部件的貢獻(xiàn)度，或許這些優(yōu)化方案都沒有施加到關(guān)鍵部件上。
07、一拆一裝，部件噪聲知多少？
看著突出來的后視鏡、行李架、天線或者雨刮器，你是不是覺得很不爽，總擔(dān)心它可能存在某些噪聲問題，可又難以評判到底哪個部件才是最主要的噪聲源？假如它本身的噪聲問題很小，那么繼續(xù)優(yōu)化豈不是白費(fèi)功夫？
那就拆掉它，測試一下，看看具體的內(nèi)部噪聲以及外場麥克風(fēng)的結(jié)果如何變化，這樣我們就通過“一拆一裝”的測試來量化部件對于內(nèi)部噪聲的貢獻(xiàn)。有一點需要注意的是，拆掉的部分要避免出現(xiàn)泄漏或者聲傳遞損失降低的情況，導(dǎo)致結(jié)果評估出現(xiàn)誤差。
08、油泥模型能用來測風(fēng)噪嗎？
可以，但是我們不推薦使用油泥模型做風(fēng)噪實驗。
為了盡可能讓油泥模型和實車接近，很多客戶會在油泥模型中間挖出一個乘員艙用來測量內(nèi)部噪聲，但是內(nèi)部噪聲的結(jié)果除了和外部流動激勵相關(guān)之外，很大程度上還依賴于整車的聲學(xué)包性能，尤其是玻璃的阻尼損耗因子以及乘員艙內(nèi)部的混響效果。所以如果一定要使用油泥模型測風(fēng)噪的話，最好還是把關(guān)注點放到不同方案之間的差異吧。
值得一提的是，雖然油泥模型和實車在驗證方案的效果上面具有很好的一致性，但是兩種模型測試出來的不同方案之間的差值會有所不同。另外，如果油泥模型沒有乘員艙時，很多客戶會考慮使用玻璃表面的麥克風(fēng)來進(jìn)行對標(biāo)或者驗證方案的有效性。
通常情況下，使用表面麥克風(fēng)的結(jié)果進(jìn)行對標(biāo)是沒有問題的，但是驗證方案有效性時需要格外的小心，有的改型方案可能改變了壓力熱點區(qū)的分布，讓原本沒有位于壓力熱點區(qū)的測點處于壓力熱點區(qū)域，而有的則相反，這樣單純對比測點之間的差異就可能會影響我們對于方案改型效果的判斷。所以如果要依賴表面麥克風(fēng)的結(jié)果來判斷方案效果的話，最好在不影響流動的情況下多布置一些測點。
09、路試還能測風(fēng)噪？
此處刪去2685個字......
小姐姐說：“一篇文章不允許超過3000字，大家都很忙的呀，沒時間看那么多內(nèi)容。”
嗯，聽小姐姐的話，下次再和大家聊 “路試的千軍萬馬之中如何量化風(fēng)噪的貢獻(xiàn)？”
小結(jié)
本篇作為“獨(dú)孤九劍”的總綱，希望能夠為大家建立風(fēng)噪測試的總體思路，而關(guān)于“獨(dú)孤九劍”的具體招式和各種演化，請各位看官靜候本公眾號的原創(chuàng)與分享。
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