風噪方案識別及關聯性研究

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.河北工業大學，天津 300401）

引言

隨著中國市場的發展，顧客對汽車的品質要求也越來越高。汽車界已形成一個共識：NVH性能是決定汽車品質感最重要的指標之一。而在主機廠售后抱怨的眾多NVH問題中，風噪的抱怨問題一直居高不下。同時，IQS每年的報告中，風噪問題也是重點考察項。當車速達到 80km/h以上時，風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]。

整車風噪開發是一個系統且復雜的工作。當前，各主機廠面臨的現實問題是：項目周期短、試錯成本低。在項目開發過程中需要盡可能的一次性把風噪問題解決掉。因此，如何快速、全面的識別風噪問題，及時給出方案是行業內急需解決的難題。

基于此背景，本文研究了風噪道路試驗和風洞試驗相結合的風噪方案識別方法及道路試驗與風洞試驗的關聯性，從而為各主機廠后續車型的風噪性能開發提供一個參考思路。

1 風噪方案識別

1.1 整車風噪正向開發介紹

在進行風噪道路及風洞試驗的方案識別研究開始前，有必要針對整車風噪性能正向開發流程做一個簡單介紹。整車風噪開發是基于車型的項目開發節點來開展的正向開發工作。

依據項目開發節點，整車風噪正向開發通常包括如下五個階段：

（1）對標車對標及目標設定階段；（2）CFD 仿真及數模校核階段；（3）樣車跟線檢查階段；（4）樣車調校階段；（5）樣車一致性排查及確認階段。

對標車對標及目標設定階段工作又包括如下幾個重點工作：

（1）對標車靜態評價；（2）對標車道路試驗及主觀評價；（3）對標車風洞試驗及主觀評價；（4）對標車結構拆解分析；（5）整車風噪目標初步設定。

風噪CFD仿真及數模校核階段工作包括如下幾個方面：

（1）風噪數模外流場仿真；（2）油泥模型風洞試驗；（3）風噪數模CAS面及主斷面DMU校核；（4）天窗、車窗風振仿真；（5）車內風噪聲預測；（6）車門高速動態泄露仿真；（7）風噪整車數模DMU校核。

樣車跟線檢查階段工作包括如下幾個方面：

（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。

樣車調校階段工作包括如下幾個方面：

（1）白車身氣密性試驗及優化；（2）整車氣密性試驗及優化[2]；（3）超聲波泄漏試驗及優化；（4）風噪方案識別及工程化方案建議。

樣車一致性排查及確認階段工作細分如下：（1）樣車裝車樣件一致性排查及確認；（2）樣車車門裝配狀態一致性排查；（3）樣車高速工況車門動態變形量一致性排查；（4）主觀駕評感受一致性確認；（5）客觀數據達標一致性確認。

因此，一輛全新開發的汽車需要經過上述階段及做好相應的細分工作，才能保證整車風噪達到一個理想水平。

1.2 風噪道路試驗研究

其中，樣車調校階段中的風噪方案識別工作涉及道路試驗和風洞試驗，兩者在風噪方案識別中發揮各自不同的作用且又關聯密切。

風噪道路試驗需選擇較為光滑的瀝青路面進行。試驗時風速一般不超過3m/s。依據不同客戶要求選擇不同的車內測試點，通常測點為：駕駛員外耳（FRLE）及右后外耳（RERI）位置。

道路試驗的優點：試驗方便、節約成本；缺點：受天氣等自然環境影響大，數據測試一致性較風洞試驗數據差，試驗誤差大，同時，道路試驗有一定的安全風險。

汽車風噪聲道路及風洞試驗的客觀測試指標行業內未有統一的標準。一般而言，風噪頻率主要集中在中高頻段（500Hz以上），可采用A計權聲壓級、語音清晰度、響度等作為風噪聲的客觀評價指標[3]。

同時，對于風噪道路試驗的測試工況來說，國內也未形成統一標準。經研究發現：國內部分主機廠風噪道路試驗采用汽車高速掛空擋滑行工況（通常140km/h滑行至80km/h）。此時，發動機處于怠速工作狀態，發動機聲輻射較小，其噪聲基本不影響車內風噪的評價及測試。胎噪及底盤結構噪聲在中高頻率段雖有一定影響，但主要是客觀數據的影響，主觀感受并不明顯。

另一部分主機廠采用汽車勻速工況（通常勻速 100km/h或者 120km/h）測試風噪。發動機和路噪聲雖有一定影響，但并不明顯。勻速工況的優勢在于：測試設備不需要采集速度信號，可節省GPS采集設備或相關CAN線信號設備；同時道路測試結果可以和風洞試驗中的勻速測試結果做橫向對比，并能發現兩者的關聯性。

中汽研在天津有自己固定的光滑瀝青路面用來進行風噪道路試驗，此路面已與中汽研鹽城試驗場的光滑路面做過對標工作，因此基于上述固定路面所采集的風噪試驗數據是可行、可用的。

圖1 用于風噪道路試驗的光滑瀝青路

同時，為了能和風洞結果做橫向對比，中汽研風噪道路試驗采用勻速工況進行數據采集。

道路試驗的數據采集及麥克風布置等相關內容的介紹其他論文早有論述，在此不做贅述。

道路試驗每路信號采樣時間為10秒，采樣率為48KHz，20Hz高通濾波；分析頻率范圍是500-8000 Hz，FFT塊大小為4096。所有頻譜分析加漢寧窗，采用A計權。

表1 風噪道路測試方案

無論道路試驗還是風洞試驗，核心內容都是查找、對比不同方案的貢獻量并依據貢獻量的排序大小進行方案優化。下面所討論的道路試驗和風洞試驗及相關測試數據都是基于同一臺試驗車進行。

上述表格中所列舉的測試方案涵蓋了風噪較大部分試驗方案，具有探討價值。相關測試數據的貢獻量見下表2。

表2 道路試驗各方案貢獻量

對以上路試數據貢獻量進行分析可知：影響風噪的主要因素為發揮隔聲作用的前風擋聲學玻璃及前車門聲學玻璃、車身底護板部件等；其次為車身附件相關，包括機艙蓋前沿密封條、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。

基于經驗判斷，方案16至19理應有相應貢獻量，但道路試驗中未能有效識別。這可能與道路試驗本身測試誤差有關。

為進一步識別、鎖定風噪方案，必須借助聲學風洞資源進行風洞試驗。

1.3 風噪風洞試驗研究

風噪風洞試驗需在聲學風洞中進行，這種測試方法有如下優勢：安全、結果精度高、不受自然環境（雨雪雷電等天氣）的影響[4]。缺點：試驗成本高、試驗時間不能控制（國內目前只有三家聲學風洞實驗室，資源較為緊張，需提前預約）。

圖2 試驗車輛在風洞中的準備工作

中汽研擁有自己的聲學風洞實驗室，可開展乘用車的風噪風阻相關試驗及研究工作。可參見圖2。

風噪風洞試驗的測試工況較為統一，查找貢獻量時基本采用風速120km/h，0°偏轉角的測試工況[5]。

風洞試驗使用 Head人工頭采集數據，試驗人工頭每路信號采樣時間為20秒，采樣率為48KHz，人工頭設置進行20Hz高通濾波；分析頻率范圍是500-8000 Hz，FFT塊大小為4096。所有頻譜分析加漢寧窗，采用A計權。

同樣方法，依據試驗任務書中的試驗方案進行風洞試驗。

表3 風噪風洞測試方案

上述表格中所列舉的測試方案與道路試驗方案相同，這樣做的目的在于：利用風洞試驗的高精度來校準道路試驗方案的準確性及發現道路試驗中未識別的方案。風洞相關測試數據的貢獻量見下表4。

表4 風洞試驗各方案貢獻量

通過以上的風洞試驗數據可以看出：在風洞中開展風噪測試及問題排查工作是必要且正確的，它可以精確得出相關方案的貢獻量[6]。

若以風洞試驗結果作為基準，上述18個方案中，道路試驗識別的有效方案13個，錯誤方案1個（方案8），未識別的方案有4個（方案16-19）。風噪道路試驗的方案識別成功率為72.2%。當然這與道路試驗的外在試驗條件有較大關系，例如：風速、天氣、路面、車速等影響。與此同時，在對比貢獻量的時候，也應參考對比聲壓級頻譜差異。

綜上，汽車風噪開發中的方案識別建議采用如下方法：可優先應用路試手段進行風噪方案識別，路試能識別出大部分問題。再應用風洞試驗手段進行方案的查漏補缺。這樣，大大縮短了風洞試驗的時間，節約開發成本，且保證了風噪方案的全面性。

因此，車輛風噪道路試驗必須與風洞試驗有效結合才能全面識別風噪風險點，才有可能開發好汽車風噪性能。

2 風噪關聯性研究

2.1 車輛風噪道路試驗與風洞試驗關聯性研究

車輛道路試驗與風洞試驗相結合開發風噪是業界內的共識，但兩者的關聯性很少有人研究。這涉及到項目周期、成本、試驗條件是否具備、NVH項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：道路試驗時車輛運動，風洞試驗時風運動。但兩者的速度一樣，都是 120km/h。這為研究兩者的關聯性架起橋梁。

下圖（圖3、4）所示，同一臺樣車（風噪方案一樣）所測試的道路試驗和風洞試驗A計權頻譜對比結果。

圖3 駕駛員左耳A計權聲壓級頻譜對比圖

圖 3所示，前排 600Hz是路試和風洞頻譜的分界線。600Hz以前路試頻譜幅值遠高于風洞頻譜幅值。600Hz以后路試頻譜與風洞頻譜重合度較好。因此，后續基于這一平臺（某主機廠某平臺車型）所開發車型其前排風噪如采用路試手段進行風噪貢獻量排查時，可以考察其600-8000Hz之間的A計權聲壓級對比。避免600Hz以前的其他噪聲源（發動機噪聲、路噪等）的干擾。

圖4 右后乘客右耳A計權聲壓級頻譜對比圖

圖 4所示，后排 900Hz是路試和風洞頻譜的分界線。900Hz以前的路試頻譜幅值遠高于風洞頻譜幅值。900Hz以后的路試頻譜與風洞頻譜重合度較好。因此，后續基于這一平臺（某主機廠某平臺車型）所開發車型其后排風噪如采用路試手段進行風噪貢獻量排查時，可以考察其 900-8000Hz之間的A計權聲壓級對比，避免900Hz以前的其他噪聲源（發動機噪聲、路噪等）的干擾。

綜上分析可知：同一車型的前、后排路試風噪頻率分界點也不一樣，并非大家所認知的500Hz起。因此，后續車型各主機廠可根據自己平臺車的風洞試驗和路試試驗結果來找到開發車型的路試風噪頻率范圍。但因為樣本量不夠大，因此本論文中的關聯性結論可作為后續開發參考。

3 結論

本文對風噪正向開發工作做了簡單介紹，并就其中的道路試驗和風洞試驗在風噪方案識別方面展開詳細研究。通過研究可以看出：道路試驗的方案識別成功率為 72.2%，可識別出大部分的風噪問題，仍需風洞試驗查漏補缺相關方案。本文給出的風噪道路試驗和風洞試驗相結合的風噪方案識別方法解決了當前的行業難題。

同時，本文就道路試驗和風洞試驗的關聯性研究為后續風噪道路試驗頻率段范圍的界定給出了參考數值。