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詳解電動(dòng)汽車越發(fā)重要的L2NVH-風(fēng)噪Wind Noise

2018-11-20 22:42:42·  來(lái)源：Vehicle  
　
電氣化是當(dāng)前汽車不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)和潮流。NVH在電動(dòng)汽車來(lái)臨時(shí)候很多人悲觀的人為NVH 沒(méi)有傳統(tǒng)燃油車重要了，因?yàn)閭鹘y(tǒng)燃油車大部分NVH的抱怨都來(lái)自于動(dòng)力傳動(dòng)。但
電氣化是當(dāng)前汽車不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)和潮流。NVH在電動(dòng)汽車來(lái)臨時(shí)候很多人悲觀的人為NVH 沒(méi)有傳統(tǒng)燃油車重要了，因?yàn)閭鹘y(tǒng)燃油車大部分NVH的抱怨都來(lái)自于動(dòng)力傳動(dòng)。但是事實(shí)好像卻是更加復(fù)雜了，下圖為某車型不同動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)NVH 抱怨率調(diào)查：
 其中你可以發(fā)現(xiàn)NVH 抱怨確實(shí)少了，但是Wind noise 風(fēng)噪?yún)s將近增加了三倍，這只是抱怨率其實(shí)電動(dòng)車由于沒(méi)有了發(fā)動(dòng)機(jī)聲音的掩飾，非常多的附件的聲音更加需要優(yōu)化和調(diào)教，所以抱怨少了更體現(xiàn)的是NVH 工程師臺(tái)上一分鐘臺(tái)下十年功的功夫了。
 本文通過(guò)對(duì)風(fēng)噪概念以及分類，風(fēng)噪的形成機(jī)制，風(fēng)噪的相關(guān)控制方法，風(fēng)噪的評(píng)估以及實(shí)驗(yàn)簽發(fā)四個(gè)方面詳解風(fēng)噪。
風(fēng)噪概念以及分類
風(fēng)噪主要由于車輛高速前進(jìn)，空氣快速流動(dòng)與車體撞擊、摩擦及氣流回旋，所產(chǎn)生的一種空氣動(dòng)力性噪音，當(dāng)前車輛風(fēng)噪也包括車輛內(nèi)部空調(diào)管道等快速汽車流動(dòng)產(chǎn)生噪聲。一般風(fēng)噪在車速大于70km時(shí)候會(huì)凸顯,達(dá)到130km/h時(shí)候風(fēng)噪就會(huì)占噪聲的主導(dǎo)。
噪聲的傳播都是兩大路徑，結(jié)構(gòu)傳遞和空氣傳遞，風(fēng)噪同樣不例外。風(fēng)噪一般的頻率區(qū)間為500 to 12 kHz.結(jié)構(gòu)傳遞的噪聲頻率一般會(huì)低一點(diǎn)，空氣傳遞的一般頻率高一點(diǎn)。
一般我們把車輛風(fēng)噪分成四種 Leaking Noise（泄漏聲音）, Cavity Noise（空腔聲音）, Wind Rush Noise（風(fēng)沖擊聲音），Whistle Noise（高頻嘯叫）。
Leaking Noise（泄漏聲音） 類似于高壓鍋泄氣的聲音，他是由于氣流穿過(guò)孔洞之內(nèi)的引起，但有的情況是氣流不穿過(guò)泄漏但他可以是引起了密封件的振動(dòng)而導(dǎo)致。
這種噪聲的頻率一般是在2-5khz之間，在汽車上他主要產(chǎn)生的部位在前擋以及A柱旁邊的密封件。最容易導(dǎo)致的就是密封圈材料以及密封圈開(kāi)閉部位的貼合程度，但汽車密封件貼合程度是一個(gè)難題，貼合的不緊密會(huì)導(dǎo)致Wind leaking 聲音，但設(shè)計(jì)貼合太緊密會(huì)增大開(kāi)關(guān)力同時(shí)破壞橡膠件的疲勞耐久。
 Cavity Noise（空腔聲音）類似于吹空瓶子引發(fā)的聲音，他是氣流經(jīng)過(guò)空腔或者是流入空腔而產(chǎn)生的。
空腔噪聲的聲音頻率有低有高的，主要取決于空氣流速和經(jīng)過(guò)的空腔大小。例如一般打開(kāi)汽車的后排窗子，那種聲音就夾雜了空腔噪聲。
Wind Rush Noise（風(fēng)沖擊聲音）主要感官可以理解為風(fēng)呼嘯。他主要是告訴氣流流過(guò)車體不管你流線型如何。wind rush 產(chǎn)生的噪聲的頻率比較寬所以他不是那么的惹人煩（一般單頻率噪聲更突兀擾人）。
空氣沖擊的聲音，主要在A柱前排顧客更容易感知，所以如果A柱做的不好容易產(chǎn)生。
Whistle Noise（高頻嘯叫）主要感知類似于吹口哨的單高頻率聲音，他比較容易識(shí)別和擾人，他一般是由于車輛的零部件的毛刺和細(xì)小突出引發(fā)。
風(fēng)噪的形成機(jī)制
 任何聲源都可以被看作是(a)質(zhì)量流(單極)的分布，(b)波動(dòng)壓力(偶極)和(c)波動(dòng)粘性力(四極)聲源的綜合體。
• 單極源（Monopole)是在一個(gè)閉合系統(tǒng)內(nèi)由不穩(wěn)定的系統(tǒng)體積增加或減少產(chǎn)生的，例如排氣及活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的管
道或入口。單極源噪聲也可以由通過(guò)一個(gè)泄漏的門密封條進(jìn)入汽車增加內(nèi)部的空氣體積產(chǎn)生。
• 偶極源(Dipole)是由流體的非定常壓力作用在剛性表面上產(chǎn)生的。一個(gè)馮·卡門（ Von Karman ）渦漩撞擊
在剛體板就是一個(gè)例子。
• 四極子（Quadrupole）聲源是由于在湍流剪切層中的兩個(gè)流體單元的互相碰撞，使得在流動(dòng)中產(chǎn)生波動(dòng)的粘性
力而產(chǎn)生。
聲音產(chǎn)生的效率取決于可壓縮流體內(nèi)的質(zhì)量(單極子)、壓力(偶極子)或粘性應(yīng)力(四極)等被誘發(fā)的聲源波動(dòng)程度。
簡(jiǎn)單的可以理解為F=U/L (F為聲音頻率，U為速度，L為長(zhǎng)度)通過(guò)這個(gè)公式可以直觀的理解到風(fēng)噪引起的whistle嘯叫一般是由于車身細(xì)小的突出和毛刺導(dǎo)致。
以一個(gè)4米長(zhǎng)的車身，以140公里/小時(shí)移動(dòng)，對(duì)頻率的貢獻(xiàn)(F=U/L )為例： 長(zhǎng)度范圍標(biāo)定（Length Scale）: 
車長(zhǎng) L: ~4m 
流體在車身分離范圍大小: ~ 0.01L 
在小渦流量?jī)?nèi)(small eddy size)的壓力波動(dòng): ~0.001L
 頻率貢獻(xiàn)率: 
單極子(Monopole): ~ 10 Hz 
偶極子(Dipole): ~ 1000 Hz 
四極子(Quadrupole): ~ 10K Hz
從汽車的總輻射噪實(shí)驗(yàn)研究表明：速度低于120公里/小時(shí)是單極行為，速度高于120公里/小時(shí)是偶極行為。車輛行駛于低馬赫數(shù)速度下時(shí)，四極子聲源的貢獻(xiàn)不明顯。
風(fēng)噪的相關(guān)控制方法
一般控制噪聲的路徑為,控制源頭,切斷傳遞路徑，干擾和抵消噪聲.控制源頭主要參考風(fēng)噪產(chǎn)生的機(jī)制,對(duì)車身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),通過(guò)下圖可以看出風(fēng)噪主要產(chǎn)生的源頭(顏色越深代表風(fēng)噪越大),我們接下來(lái)通過(guò)對(duì)相關(guān)部位進(jìn)行分析
A柱區(qū)域：抑制聲音目標(biāo)的措施是匹配A柱和后視鏡的幾何形狀，以降低氣流的渦流強(qiáng)度，同時(shí)可以根據(jù)項(xiàng)目選用隔音玻璃。
后視鏡：后視鏡總成上的小凹槽和縫隙通常是單頻噪聲的來(lái)源。在鏡體適當(dāng)位置上的微小表面凸起有助于破壞此周期 性的單頻產(chǎn)生氣流結(jié)構(gòu)。 鏡體和其在車身上的附著件需要與車輛本體的造型進(jìn)行詳細(xì)的匹配。這樣做的目的是為了降低壓力波動(dòng)，使 氣流遠(yuǎn)離窗口或從窗口窗格的下邊緣遠(yuǎn)離，因而遠(yuǎn)離駕駛員的耳朵，同時(shí)降低渦旋的垂直范圍。
風(fēng)擋雨刮：減少雨刮噪聲的主要措施是對(duì)雨刮器臂的橫向偏航幾何形狀優(yōu)化和機(jī)艙蓋后端邊緣更改使氣流在雨刷上方偏轉(zhuǎn)，或?qū)⒂晁⒅糜谂撋w后端邊緣下的風(fēng)擋玻璃流水槽內(nèi)，以保護(hù)其不受氣流的影響。
車底以及尾部：車底由于地毯的覆蓋基本難以傳導(dǎo)，車尾箱蓋和車輛底座上的渦旋脈動(dòng)沖擊是乘員艙內(nèi)部的一個(gè)噪聲來(lái)源。尾部渦旋流區(qū)域主要是傳遞到后車廂內(nèi)部的低頻噪聲源。減小尾部渦旋區(qū)域的大小可以降低車輛的阻力和乘員艙內(nèi)部噪聲
車頂天窗：主要思路在撞擊天窗或側(cè)窗之前減少流動(dòng)動(dòng)量
總體來(lái)講還有切斷傳遞路徑主要切斷區(qū)域如下圖
另外比較先進(jìn)的是Audio Noise cancel,消聲控制,他主要采用傳感器分析聲音,然后控制喇叭發(fā)出反向波去抵消聲音.這個(gè)技術(shù)當(dāng)前很多豪車采用,但是當(dāng)前基本上只對(duì)低頻的有效.
風(fēng)噪的評(píng)估以及實(shí)驗(yàn)簽發(fā)
  對(duì)于整車的風(fēng)噪評(píng)估以及實(shí)驗(yàn)簽發(fā),主要三種方式,虛擬分析,風(fēng)洞試驗(yàn),道路駕評(píng).
虛擬分析,主要基于數(shù)模CFD 輸入條件進(jìn)行虛擬運(yùn)算得出，但是當(dāng)前數(shù)模和虛擬數(shù)據(jù)并非非常準(zhǔn)確，所以常常需要根據(jù)實(shí)車的匹配和校對(duì)，所以引入了風(fēng)洞試驗(yàn)和道路試驗(yàn)。
風(fēng)洞試驗(yàn)是，將車輛靜止采用風(fēng)流吹車的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，這樣做的好處是可以保證樣車的私密性在密閉車間進(jìn)行試驗(yàn)，還可以排除其他噪聲干擾例如路噪和風(fēng)噪，但是車輛終究是屬于人駕駛所以引入道路評(píng)價(jià)。
道路評(píng)價(jià)一般需要經(jīng)過(guò)培訓(xùn)和有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師在試驗(yàn)場(chǎng)或者公共道路上進(jìn)行駕駛評(píng)估，他的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)車感受能更多的貼近客戶感受，更能體驗(yàn)車輛在不同條件下的表現(xiàn)，所以一般會(huì)占很大的權(quán)重值。
風(fēng)噪，在電動(dòng)車以及自動(dòng)駕駛來(lái)臨時(shí)候只會(huì)更加顯得重要，第一電動(dòng)車缺少內(nèi)燃機(jī)的聲音掩蓋，他更容易察覺(jué)，第二自動(dòng)駕駛來(lái)了，乘坐以及駕駛?cè)藛T更多的注意力從駕駛中轉(zhuǎn)移出來(lái)，他會(huì)更加關(guān)注舒適噪聲了。
參考資料：
郭祥麟 :How to Reduce Wind Noise Through Vehicle Body Design
Dr.-Ing. Alexander Ziemann: aeroacoustic tightness of passager car driving acoustics 
 
 
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