引言

隨著中國高速公路的快速發(fā)展，汽車高速工況行駛的使用率越來越高，用戶也對車內(nèi)的駕乘舒適性提出了更高的要求。高速行駛工況下，風(fēng)噪聲水平是影響車內(nèi)舒適性主要因素之一，因此高速風(fēng)噪聲控制成為各汽車主機廠的研究重點?1?。

汽車在路面上行駛的主要噪聲源來自于動力總成、輪胎和風(fēng)激勵噪聲。研究表明，車輛低速行駛時，車內(nèi)噪聲主要來自發(fā)動機和傳動系統(tǒng) ；中速行駛時，主要來自輪胎和路面噪聲；而隨著車速的進(jìn)一步增加，風(fēng)激勵噪聲成為主要噪聲源?2?。依據(jù)噪聲傳遞機理，車內(nèi)風(fēng)噪聲主要分為兩類：一類是由車門密封不良引起的噪聲，另一類是由于車身外形引起的氣動噪聲。

為了排除其他噪聲的影響和保證風(fēng)激勵的穩(wěn)定性，筆者在風(fēng)洞試驗室對某款SUV車型的風(fēng)噪聲進(jìn)行了研究。采用聲陣列方法對車外噪聲進(jìn)行了聲源識別，發(fā)現(xiàn)輪罩、機艙蓋和后視鏡為主要的貢獻(xiàn)源；采用開窗法，對泄漏噪聲和后視鏡噪聲頻譜特性進(jìn)行了分析，對車門周圈密封和側(cè)窗密封進(jìn)行貢獻(xiàn)量分析，最后對后視鏡2?? 測試系統(tǒng)測試采用德國HEAD acoustics 公司噪聲與振動測量和分析系統(tǒng)，包括HMS Ⅲ型數(shù)字人工頭4 套，多通道數(shù)采前端 SQLAB III，雙耳信號采集軟件HEAD recorder 和Artemis分析軟件。試驗中4 個人工頭分別放在試驗車主駕駛位置，副駕駛位置，后排左右客座位置，用于采集雙耳信號，測試信號線經(jīng)過后排座椅由行李箱引入風(fēng)洞天平轉(zhuǎn)盤內(nèi)的接口盒，再經(jīng)由天平基座接入測控室的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。試驗在同濟大學(xué)上海地面交通工具風(fēng)洞中心整車氣動聲學(xué)風(fēng)洞中進(jìn)行，如圖1 所示。泄漏對車內(nèi)噪聲影響進(jìn)行了分析研究。

1. 車身密封不良引起的車內(nèi)氣動噪聲產(chǎn)生機理

當(dāng)車身密封零部件結(jié)合處存在縫隙時，氣動噪聲主要有3種產(chǎn)生機理?2? ：1、車身外部由于湍流或者分離流形成的非穩(wěn)態(tài)壓力作用在車身密封和車身的配合縫隙處，會引起非穩(wěn)態(tài)的質(zhì)量流或者體積流，從而形成單極子氣動噪聲源，其發(fā)射的噪聲可直接傳到車內(nèi)；2、當(dāng)車身密封件與其配合零件產(chǎn)生縫隙形成氣吸路徑時，車內(nèi)的氣流微團會在車體內(nèi)外壓差的作用下流動產(chǎn)生噪聲；3、車身外部的湍流噪聲直接通過密封間隙傳播到車內(nèi)，而沒有任何的傳聲損失。

汽車在高速行駛時，車門外表面的流速大于車內(nèi)的流速，根據(jù)伯努利原理，流速大的地方壓力小，導(dǎo)致車內(nèi)外有壓差，且車門附近外的壓力小于車內(nèi)的壓力，隨著風(fēng)速的變化，這種壓力是不穩(wěn)定的，車門相互密封的零件就有了相對運動，由此可見，風(fēng)噪聲的密封控制重點在于動態(tài)密封?4? ?5? ?6?。

動態(tài)密封是指密封件之間在相互運動狀態(tài)下的密封，汽車高速行駛的泄漏噪聲主要是由動態(tài)密封引起?3?，主要零件有車門密封條、玻璃導(dǎo)槽、內(nèi)外水切等。車輛高速行駛過程中，氣流通過導(dǎo)槽與玻璃、導(dǎo)槽與導(dǎo)軌或窗框、水切與玻璃之間的縫隙使車內(nèi)與車外相互連通，產(chǎn)生泄漏噪聲，尤其是在導(dǎo)槽不同斷面搭接過渡區(qū)域，由于存在不平整現(xiàn)象，更容易產(chǎn)生泄漏。此外，導(dǎo)槽與內(nèi)水切之間的設(shè)計間隙也會成為泄漏噪聲的重要傳遞路徑。根據(jù)上述產(chǎn)生機理，本文對某SUV車型進(jìn)行了高速風(fēng)噪聲試驗研究。

2. 測試系統(tǒng)與試驗方法

2.1 測試系統(tǒng)

測試采用德國HEAD acoustics 公司噪聲與振動測量和分析系統(tǒng)，包括HMS Ⅲ型數(shù)字人工頭4 套，多通道數(shù)采前端 SQLAB III，雙耳信號采集軟件HEAD recorder 和Artemis分析軟件。試驗中4 個人工頭分別放在試驗車主駕駛位置，副駕駛位置，后排左右客座位置，用于采集雙耳信號，測試信號線經(jīng)過后排座椅由行李箱引入風(fēng)洞天平轉(zhuǎn)盤內(nèi)的接口盒，再經(jīng)由天平基座接入測控室的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。試驗在同濟大學(xué)上海地面交通工具風(fēng)洞中心整車氣動聲學(xué)風(fēng)洞中進(jìn)行，如圖1 所示。

2.2 試驗內(nèi)容介紹

試驗前，將空調(diào)模式調(diào)整為內(nèi)循環(huán)，并且密封車內(nèi)所有空調(diào)出風(fēng)口，采用膠帶封堵車身后部的泄壓閥。

風(fēng)速統(tǒng)一規(guī)定為140km/h，偏航角為設(shè)置為0度。為了詳細(xì)分析車內(nèi)風(fēng)噪聲的貢獻(xiàn)成分，試驗分以下主要四種工況進(jìn)行 ：①、整車全密封工況 ；采用布質(zhì)膠帶密封車身外表面所有間隙，如大燈與鈑金間隙、油箱蓋、翼子板間隙、車門密封條、側(cè)窗、水切、后視鏡、門把手、車門裝飾板等；②、密封的貢獻(xiàn)分析 ：在①基礎(chǔ)上分別拆除車門、側(cè)窗、水切、后視鏡底座、門把手和車門裝飾板等密封結(jié)構(gòu)的膠帶；③baseline 工況；在②基礎(chǔ)上撕掉大燈與鈑金間隙、油箱蓋、翼子板間隙等膠帶，使整車恢復(fù)到原始狀態(tài)。④車外聲源識別工況 ：在③基礎(chǔ)上，對車外噪聲進(jìn)行聲源識別。

3. 噪聲測試結(jié)果及分析

3.1 車外噪聲源識別

車外噪聲源識別采用德國G-fai公司的聲源識別系統(tǒng)，專門為風(fēng)洞試驗設(shè)計的拋物線形陣列，尺寸為2m?2m，所用通道數(shù)為120個，如圖2所示。數(shù)據(jù)采集的采樣率為48?Hz，采樣時間為4秒。利用波束成形（Beamforming）技術(shù)理論，將陣列布置于流場外，平行于風(fēng)洞測試段的軸對稱線，距離為4.9m ；軸向位置將陣列中心與車身中線位置對齊。從全頻段譜圖可以看出，車外風(fēng)噪聲的主要噪聲源位于前輪罩處，引擎蓋及后視鏡處，如圖3所示，后部地板處的噪聲分析認(rèn)為主要是由于前輪罩噪聲通過地板反射引起。

3.2 車內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)量分析

在車內(nèi)氣動噪聲的分析中，一般以外耳的信號作為基準(zhǔn)，內(nèi)耳信號只作為參考。車內(nèi)的噪聲頻譜為最終評價指標(biāo)。語音清晰度是描述在噪聲環(huán)境下說話清晰程度的指標(biāo)，目前作為評價風(fēng)噪聲的一般指標(biāo)。本文的貢獻(xiàn)度分析均是參考語音清晰度進(jìn)行計算分析的[7][8]。

首先進(jìn)行車身表面全密封狀態(tài)與原始狀態(tài)車內(nèi)噪聲的對比，如圖4所示。車身密封引起的車內(nèi)噪聲對車內(nèi)語音清晰度貢獻(xiàn)量為12.9?，貢獻(xiàn)頻率在200-10KHz范圍內(nèi)，成為車內(nèi)噪聲的主要貢獻(xiàn)路徑。從圖中還可以看出，原始狀態(tài)噪聲曲線在4KHz存在尖峰，引起車內(nèi)的嘯叫。在整車工況下，雨刮對車內(nèi)噪聲基本無影響，如圖5所示；后視鏡的噪聲貢獻(xiàn)量如圖6所示，后視鏡對車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量為4.8?，主要貢獻(xiàn)頻率在2KHz以上。

3.3 泄漏噪聲引起的車內(nèi)噪聲分析

密封不良是引起車內(nèi)泄漏噪聲的主要貢獻(xiàn)，主要的泄漏路徑有車門、側(cè)窗、后視鏡與門鎖等。上文已經(jīng)提到，動態(tài)密封是高速風(fēng)噪聲控制中重點的研究內(nèi)容，其中車門和側(cè)窗是動態(tài)密封的主要控制部位，如圖7所示。

一般車型，車門密封采用雙層密封結(jié)構(gòu)，主密封為車門密封條，輔助密封為門框密封條，這種密封結(jié)構(gòu)目前在汽車上應(yīng)用最為廣泛，關(guān)門力和密封性能夠得到較好的平衡，如圖8所示。側(cè)窗密封主要依靠玻璃導(dǎo)槽密封，如圖9所示。玻璃導(dǎo)槽安裝在車門鈑金與玻璃之間，依靠唇邊與玻璃的夾持力來保證密封，主要功能有兩方面，一是阻隔噪聲、雨水和灰塵進(jìn)入車內(nèi)，二是固定玻璃，玻璃在升降過程，起到導(dǎo)向作用。摩擦力和密封性能之間需要平衡設(shè)計，若導(dǎo)槽密封條唇邊太薄弱，與玻璃之間摩擦力不足，則密封性難以保證 ；若導(dǎo)槽密封條唇邊過盈量過大，則可能影響玻璃的正常升降，因此，玻璃導(dǎo)槽密封條唇邊設(shè)計也是風(fēng)噪聲控制的技術(shù)難點之一。

為了分析車門系統(tǒng)中車門與側(cè)窗這兩個關(guān)鍵部位對車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)量，分別封堵了車門和側(cè)窗進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果分別如圖10和11所示。試驗結(jié)果分析顯示，車門密封對車內(nèi)人耳車處語音清晰度的貢獻(xiàn)量為4%，而側(cè)窗密封貢獻(xiàn)量為9%，可見側(cè)窗的貢獻(xiàn)量更大。

3.4 后視鏡密封貢獻(xiàn)量分析

后視鏡外形噪聲是車內(nèi)噪聲的主要貢獻(xiàn)源之一，但是如果后視鏡與車身連接密封不好，不僅會產(chǎn)生泄漏噪聲，而且會產(chǎn)生嘯叫。在分析后視鏡密封結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對后視鏡泄露引起車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)進(jìn)行了分析。首先，將后視鏡底座密封膠帶撕去，得到其底座密封對車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)，試驗結(jié)果如圖12所示 ；然后，將后視鏡的線束穿孔密封，分析其貢獻(xiàn)，結(jié)果如圖13所示。數(shù)據(jù)分析顯示，后視鏡底座密封對車內(nèi)語音清晰度的貢獻(xiàn)量為1.7%，而線束密封的貢獻(xiàn)則為4.8%。同時，上文中提到的4KHz嘯叫問題找到了原因，主要是由線束穿孔件的密封引起。通過拆解發(fā)現(xiàn)，線束穿孔無密封膠帶，還有幾處工藝穿孔也無密封措施，如圖14所示。

4. 結(jié)論

本文對某SUV車型進(jìn)行了氣動噪聲的試驗研究，利用聲陣列對車外噪聲進(jìn)行了聲源識別；利用開窗法，對車身外形噪聲和泄漏噪聲進(jìn)行貢獻(xiàn)量分析 ；針對車身密封引起的泄漏噪聲，進(jìn)行了更細(xì)化的分析。通過以上研究，得出主要結(jié)論如下：

1、對于該SUV車型，外形噪聲主要是由輪罩、機艙蓋和后視鏡引起。

2、泄漏噪聲和后視鏡是車內(nèi)噪聲主要的貢獻(xiàn)源，泄漏噪聲主要貢獻(xiàn)頻率段為200-10KHz，后視鏡外形對車內(nèi)的主要貢獻(xiàn)頻率段為2KHz以上；

3、動態(tài)密封中，由側(cè)窗密封引起的泄漏噪聲貢獻(xiàn)要大于車門密封，因此，改善車內(nèi)噪聲，必須改善側(cè)窗的密封。

4、后視鏡泄漏噪聲中，線束穿孔密封的貢獻(xiàn)量大于底座密封，線束穿孔是引起車內(nèi)嘯叫的主要原因。