某純電動汽車風噪優化控制方法

李 騰，張義博

（大運汽車股份有限公司，山西 運城 044000）

動力總成噪聲、風激勵噪聲和路面激勵噪聲是汽車的三大噪聲源，目前純電動汽車發展迅速，隨著電機噪聲的降低和車速的提高，因而風噪問題顯得更為突出。一般來講，當車速達到80 km/h時，風噪聲開始出現；車速達到90 km/h時，風噪聲就不可忽視；車速達到120 km/h時，風噪成為主要噪聲源。本文通過對風噪產生的來源進行梳理，結合主機廠實際的開發流程，從設計前期對整車風噪進行控制，最終滿足整車風噪開發客觀測試目標，主觀評價沒有泄露聲、風哨聲等風噪問題，沒有因風噪而產生的顧客抱怨。

1 風噪的定義及產生機理

風噪是一種空氣動力性噪聲，是汽車在高速行駛時遇到的主要噪聲。汽車在行駛時與氣流發生相對運動，氣流激擾作用在車身各處，與車身表面相互作用造成氣流非定常流動而產生的噪聲[1-2]。

1.1 單極子聲源產生的風噪

單極子聲源表現在系統體積或質量隨時間變化。車內感受到的風噪屬于來自單極子聲源發聲的情況有兩種，一種是通過車門窗的密封條傳遞的噪聲，稱為泄漏噪聲；另一種單極子聲源發聲是車內外空氣動壓造成車門車窗密封條處局部很大的負壓，引起密封條變形使車外噪聲傳入車內，稱為氣吸噪聲[3-4]。

1.2 雙極子聲源產生的風噪

雙極子聲源產生于系統動量隨時間變化，表現為表面動態聲壓變化。車內感受到風噪屬于雙極子聲源發聲來自汽車表面的非定常空氣動力脈動。這種脈動力具有時間上的隨機性和空間分布的統計特性作用在汽車結構表面，引起噪聲向車內透射，并引起汽車結構的振動，向車內聲輻射噪聲[5]。

車輛表面的非穩態空氣脈動的產生與車輛的外表面有很大的關系。如圖1所示，氣體流過形狀不同的表面而產生幾種不同非定常空氣脈動。圖1(a)表示流體由于結構迎面直角形狀產生氣動分離；圖1(b)表示流體由于結構迎面直角鈍化一定程度上減小氣動分離，但產生了重附著區；圖1(c)表面表示流體由于結構面流線型設計避免了氣動分離，產生了全附著區。不同區域的空氣動力脈動對車內噪聲的影響不同，一般希望減弱氣動分離和控制在附著區域位置。

圖1 非定常空氣脈動

2 風噪性能開發流程

在風噪性能的開發過程中，首先要參考標桿車的風噪試驗結果，結合開發車的市場定位，制定開發車的風噪性能開發目標，然后對外造型進行計算機輔助造型（Computer Aided Styling,CAS），進行全方位的造型評估，根據以往的數據庫經驗，進行風噪電子樣機（Digital Mock-Up,DMU）檢查，定義出對風噪影響的關鍵尺寸，并將這些尺寸進行重點管控，在以后的造型調整過程中盡量不調整它們，接著對外造型CAS進行外流場仿真計算，重點關注A柱周圍、外后視鏡、B柱風噪及車頂前部等位置的風噪，并將這些位置進行重點優化，接下來搭建整車統計能量分析（Statistical Energy Analysis, SEA）模型，聲學包建模及調教，后續進行油泥車身風洞試驗，評估整車風噪目標達成的風險，并對造型局部細節進行優化驗證，最后用實車進行問題整改與驗收。其流程如圖2所示。

圖2 風噪開發流程圖

3 整體造型的風噪控制

根據風噪的產生機理，首先可以從車身造型及車外附件設計入手，通過造型流線型設計，避免氣流提前分離及減小再附著區域面積，從而降低氣流的脈動壓力及渦流體積。

3.1 機艙蓋與前風擋的過渡設計

氣流從前機艙蓋到風擋玻璃產生噪聲源主要有以下幾個原因：1）氣流從前機艙蓋吹到后端時出現氣流分離，然后又重新附著到前風擋玻璃上，在“分離—再附著”的過程中會使氣流壓力波動非常大，因而產生噪聲；2）當雨刮器暴露在流場中時，氣流直接吹在雨刮器上，由于其突出的特征且處在溝槽處，使之總聲壓級比較大，且影響范圍不小，例如圖3為某車型在風速110 km/h，雨刮拆除前后的噪聲對比。所以為了減小這個區域的噪聲，一般要求雨刮器采用隱藏布置，即雨刮完全布置在發蓋后端切線以下，另外為了前機艙蓋到風擋玻璃的流線型過渡，一般要求轎車前風擋玻璃角度不超過30°，運動型多用途汽車（Sport Utility Vehicle, SUV）前風擋玻璃角度不超過32°。

圖3 某車型拆除雨刮前后噪聲對比

3.2 A柱區域優化設計

前風擋玻璃與A柱之間存在高度差，氣流吹到這個區域會從車身表面分離，然后重新附著在車身上。一般要求前風擋玻璃與A柱段差不高于4 mm，迎風面建議不小于20 mm，若無法保證尺寸要求，需提前考慮增加裝飾條。側窗玻璃與 A柱邊緣線接縫夾角應小于10°，側門玻璃高度應低于A柱并且段差小于9 mm。A柱側面需要一定撓度避免做成平面。結合側風穩態流場分析對A柱區域造型進行多次微調優化，減小氣流在側窗玻璃處形成渦流的體積。如圖4所示，某車型在經過A柱以上優化后，側窗表面最大聲功率由86.049 dB降低到了84.564 dB。

圖4 某車型A柱優化前后對比

3.3 外后視鏡優化設計

后視鏡設計包括以下內容：

1）后視鏡盡量布置于車門上，整體呈流線型，沒有尖銳的邊緣；

2）后視鏡殼體盡可能小，后視鏡深度盡可能深，曲面過渡連續，結合穩態及瞬態流場分析優化后視鏡外殼型面，減小后視鏡形成尾渦體積；

3）后視鏡折疊區域需要增加毛氈或者橡膠墊密封，避免形成空隙引起嘯叫問題；后視鏡外殼與側窗的夾角應介于 0°～5°，避免將氣流導向側窗；

4）后視鏡與側窗的距離保持在50 mm以上，避免后視鏡背風側形成的渦流撞擊在側窗玻璃表面；

5）外殼迎風面避免棱邊造型，防止產生峰值噪聲；

6）高端車型可采用電子后視鏡，進一步減小后視鏡產生的風噪，例如奧迪E-Tron。

如圖5所示，某車型通過優化后視鏡與側窗的角度和增大后視鏡和側窗間隙后，側窗表面的最大聲功率由86.049 dB降低到了84.965 dB。如圖6所示，某車型不合理的棱邊造型，產生容易產生峰值噪聲和哨音，主觀評價較差。

圖5 某車型外后視鏡優化前后對比

圖6 不合理的棱邊造型產生峰值噪聲

4 傳播路徑的風噪控制

控制風噪的第二點是對噪聲傳播途徑的控制，通過控制良好的密封系統匹配、白車身及整車氣密性、車內吸隔聲，從而提高聲傳遞損失。

4.1 白車身氣密性設計

白車身氣密性的控制主要在于旁路密封、鈑金焊縫涂膠、鈑金搭接結構設計、減少車身老鼠洞等措施。主要控制方法有：

1）防止焊縫搭接面無密封膠或涂膠長度不足，特別是鈑金搭接的拐角位置；

2）避免白車身出現大于3 mm的老鼠洞，導致涂膠失效，對后視鏡按照區域、A柱區域重點檢查；

3）隔音膠塊布置合理且發泡需完全密封鈑金，減小旁路噪聲和防止白車身泄漏；

4）白車身125 Pa壓力差，氣密性泄漏量一般要求≤0.849 m3/h，推薦控制在0.566 m3/h以下。

4.2 整車氣密性設計

整車氣密性是噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise,Vibration and Harshness, NVH）性能開發的基礎，良好的整車氣密性可以使車內聲學包系統充分發揮作用。主要控制方法有：

1）車身側圍、車門密封條和水切壓縮量需符合設計要求，與密封條配合的表面需連續，沒有斷差；

2）建議在A柱、B柱、C柱以及車門下端增加第三道密封條，減少氣流進入鈑金的縫隙或空腔內，避免泄漏和氣吸噪聲產生；

3）外飾件與鈑金外覆件有良好的密封配合，安裝點或者固定卡扣位置要有效密封，特別是后視鏡區域，后視鏡與鈑金安裝位置采用線面密封的方式；

4）線束與鈑金密封良好，特別是前機艙線束、車門線束和后視鏡線束，避免泄漏噪聲；

5）整車125 Pa壓力差，氣密性泄漏量一般要求≤2.264 m3/h，推薦控制在1.698 m3/h以下；

6）CFD仿真高速行駛時車門所受到的負壓，在整車內注入相同氣壓模擬汽車高速行駛時的內外壓差，利用超聲波測漏儀測試門窗泄漏量以表征動態密封，對泄漏部位重點整改。

4.3 吸隔聲設計

良好的整車聲學包裝可以將聲能轉變為熱能，提高聲傳遞損失，以降低傳遞到車內人耳處的聲壓級。一般來講，汽車吸隔聲設計可參考以下幾點要求：

1）車門內側、立柱側、側圍側、前圍內外、地板和頂棚盡可能多地布置聲學包裝；

2）在側圍、車門外板布置補強板或者阻尼貼，提高大面的表面剛度；

3）前門后采用雙層加膠隔音玻璃。

5 風噪測試

測試設備：西門子LMS測試系統。

麥克風布點位置：駕駛員右耳、右后乘客外耳，如圖7所示。

圖7 麥克風布點位置圖

測試路面：襄陽試驗場光滑瀝青路面。

測試工況：1）勻速80 km/h駕駛員右耳和右后乘客外耳噪聲值；2）勻速100 km/h駕駛員右耳和右后乘客外耳噪聲值；3）勻速120 km/h駕駛員右耳和右后乘客外耳噪聲值。

車內噪聲測試結果如表1、表2所示。

表1 駕駛員右耳噪聲值

表2 右后乘客外耳噪聲值

車內噪聲頻譜如圖8—圖10所示。

圖8 勻速80 km/h工況車內噪聲頻譜

圖9 勻速100 km/h工況車內噪聲頻譜

圖10 勻速120 km/h工況車內噪聲頻譜

6 結論

本文主要對某純電動汽車的風噪開發過程進行了梳理，分別從整體造型和傳遞路徑等方面介紹了此車對風噪開發的理解和設計實現方法，并對開發過程中的一些具體問題進行了規避。最終調教后實車在標準光滑瀝青路面主駕右耳120 km/h噪聲值小于65 dB(A)，其他工況也均滿足風噪開發客觀測試目標，整車主觀評價良好。