某SUV尾門空腔噪聲問題研究與優(yōu)化

杜 莉，張東力

某SUV尾門空腔噪聲問題研究與優(yōu)化

杜 莉1，張東力2,3

（1.江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330095；2.江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330052；3.江西省汽車噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330052）

某運(yùn)動(dòng)型多用途汽車（SUV）在開發(fā)階段，風(fēng)噪駕評時(shí)，發(fā)現(xiàn)車速在90 km/h以上時(shí)，車內(nèi)可以聽到來自后部區(qū)域的明顯異常噪聲。經(jīng)診斷，該噪聲產(chǎn)生部位為尾門與頂蓋接合縫隙處，進(jìn)一步分析該處結(jié)構(gòu)是由車身頂蓋、尾門、尾門密封條組成的空腔，根據(jù)風(fēng)噪的分類，可以確定該問題屬于空腔噪聲問題。針對該問題，首先研究尾門空腔噪聲產(chǎn)生的機(jī)理；然后研究擾流結(jié)構(gòu)、密封條、調(diào)整尾門與頂蓋間隙面差等方案；經(jīng)批量驗(yàn)證，選取了增加尾門縫隙條的方式解決了該問題；最后總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，制定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，避免后續(xù)的開發(fā)車型出現(xiàn)尾門空腔噪聲問題。

SUV；空腔噪聲；擾流結(jié)構(gòu)；密封條；間隙面差

隨著社會(huì)的發(fā)展，顧客對汽車性能要求越來越高，如駕駛性能、燃油經(jīng)濟(jì)性、低碳環(huán)保、智能化、振動(dòng)噪聲（Noise, Vibration, Harshness, NVH）等。車輛NVH作為影響顧客感受的重要性能，重要性日益凸顯，特別是高速工況下的風(fēng)噪聲已成為影響消費(fèi)者駕乘感受的一項(xiàng)關(guān)鍵性能。現(xiàn)在，人們在高速公路上開車的時(shí)間越來越長，對風(fēng)噪的要求也越來越高。由于過大的風(fēng)噪聲會(huì)使駕駛員和乘員感到疲勞，影響行車的安全[1]，故要求車內(nèi)整體足夠安靜。風(fēng)噪在一定程度上能夠影響顧客對產(chǎn)品的選擇，降低車輛的風(fēng)噪聲，已逐漸成為各汽車廠家提高自身產(chǎn)品競爭力的重要手段。

根據(jù)風(fēng)噪產(chǎn)生的原理，汽車風(fēng)噪可以細(xì)分為以下四類：1）脈動(dòng)噪聲，是氣流流過車身，在車身表面產(chǎn)生不穩(wěn)定的壓力脈動(dòng)引起；2）氣吸噪聲，是由于車身氣密性泄露，車內(nèi)外空氣流動(dòng)引起；3）風(fēng)振噪聲，是由于天窗或者側(cè)窗開啟時(shí)，車身像一個(gè)共振腔引起的低頻壓耳感；4）空腔噪聲，是由于風(fēng)吹到車身表面的接合縫隙，引起空腔內(nèi)氣流振蕩，產(chǎn)生噪聲[1]。

本文主要研究的是尾門空腔噪聲，以某SUV車型尾門空腔噪聲問題解決為例，分析尾門空腔噪聲的發(fā)聲機(jī)理、研究不同的解決方案，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及制定規(guī)避尾門空腔噪聲問題的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)后續(xù)車型的風(fēng)噪開發(fā)。

1 問題現(xiàn)象及機(jī)理分析

1.1 問題現(xiàn)象

某SUV在樣車階段風(fēng)噪駕評時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分試驗(yàn)車，車速90 km/h以上時(shí)，車內(nèi)可以聽到來自后部區(qū)域的明顯異常噪聲，主觀評估不能接受；經(jīng)測試分析，異常噪聲頻率處于600～800 Hz之間，在該頻率段，故障車主駕外耳噪聲較無問題車大 3 dB(A)，如圖1所示。

圖1 主駕外耳噪聲頻譜

根據(jù)主觀駕評結(jié)果，可以判斷異常噪聲來自于車輛后部區(qū)域，使用膠帶密封的方式對后部各縫隙進(jìn)行逐個(gè)排查，最終鎖定異常噪聲產(chǎn)生于尾門與頂蓋接合縫隙處，密封該縫隙，異常噪聲消除，問題得以解決，從風(fēng)噪的種類來看，可以確定該噪聲屬于空腔噪聲，如圖2所示。

圖2 尾門與頂蓋接合縫隙處密封

1.2 尾門空腔噪聲機(jī)理分析

當(dāng)高速氣流流過空腔上方時(shí)，會(huì)在空腔開口處形成不穩(wěn)定的剪切層，剪切層會(huì)在空腔開口前緣處發(fā)生分離，形成氣體漩渦，氣體漩渦繼續(xù)向空腔下游運(yùn)動(dòng)，漩渦與空腔后緣發(fā)生碰撞，形成噪聲源，與此同時(shí)，碰撞產(chǎn)生的聲波向空腔前端傳播，傳播至前邊緣時(shí)與剪切層發(fā)生相互作用，從而加劇空腔前緣剪切層的不穩(wěn)定性，誘導(dǎo)產(chǎn)生新的分離漩渦，由此便形成了一個(gè)反饋回路，并在空腔內(nèi)部產(chǎn)生了高強(qiáng)度噪聲，這就是空腔噪聲的產(chǎn)生機(jī)理[2-5]，如圖3所示。

圖3 空腔噪聲產(chǎn)生原理

圖4為該款SUV尾門與車身頂蓋之間形成的空腔，根據(jù)上述空腔噪聲產(chǎn)生原理可知，當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，來自車頂?shù)母咚贇饬髁鹘?jīng)尾門空腔處，氣體發(fā)生分離，尾門空腔內(nèi)部產(chǎn)生高強(qiáng)度噪聲，進(jìn)而傳遞到駕駛艙內(nèi)。

圖4 某SUV尾門空腔剖面圖

2 優(yōu)化方案研究&實(shí)施情況

根據(jù)尾門空腔噪聲產(chǎn)生機(jī)理，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行方案研究：尾門造型優(yōu)化研究；尾門與頂蓋之間增加縫隙條；調(diào)整尾門與頂蓋的間隙、面差等。

2.1 尾門造型優(yōu)化方案

通過在尾門鈑金前端增加擾流泡棉塊，使高速氣流盡量少進(jìn)入空腔內(nèi)部，降低空腔噪聲，經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證，車內(nèi)聽不到尾門空腔噪聲，問題可解決。如圖5所示。

圖5 尾門造型擾流方案

2.2 尾門增加縫隙條方案

通過在尾門與頂蓋之間的縫隙處增加密封條，避免高速氣流沖擊空腔，經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證，車內(nèi)聽不到尾門空腔噪聲，問題可解決。如圖6所示。

2.3 調(diào)整車身頂蓋與尾門的間隙、面差方案

如圖7所示，車身頂蓋與尾門的間隙，面差名義值分別為8 mm、1 mm。嘗試不同的間隙、面差組合，發(fā)現(xiàn)將車身頂蓋與尾門間隙，面差實(shí)際值分別調(diào)至5.5 mm、1.5 mm，進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證，車內(nèi)聽不到尾門空腔噪聲，問題可解決。已知該處間隙，面差的制造裝配公差分別為±1.5 mm、 ±1 mm，故間隙名義值應(yīng)設(shè)計(jì)成不大于4 mm，面差名義值不小于2.5 mm，才能保證車內(nèi)不出現(xiàn)尾門空腔噪聲。如圖8所示。

圖6 縫隙條方案

圖7 車身與頂蓋間隙、面差當(dāng)前設(shè)計(jì)情況

圖8 調(diào)整車身頂蓋與尾門的間隙、面差方案

2.4 優(yōu)化方案實(shí)施情況

尾門造型優(yōu)化方案：在尾門鈑金前端增加泡棉擾流的方案，工廠粘貼難度大，并且長時(shí)間以后有脫落的風(fēng)險(xiǎn)，該方案未實(shí)施。

尾門增加縫隙條方案：通過尾門內(nèi)板修模增加密封條安裝孔位，密封條通過卡扣安裝，工廠易于安裝，該方案得以實(shí)施。

調(diào)整車身頂蓋與尾門的間隙、面差方案：間隙面差的調(diào)整，涉及尾門鉸鏈和尾門外板的更改，修模周期長、費(fèi)用高，該方案未實(shí)施。

3 總結(jié)

通過尾門空腔噪聲機(jī)理分析，優(yōu)化方案的研究，可以得出規(guī)避尾門空腔噪聲的三種方案：1）尾門鈑金前端增加擾流結(jié)構(gòu)，使高速氣流盡量少進(jìn)入空腔內(nèi)部，降低空腔噪聲；2）尾門增加縫隙條，避免高速氣流沖擊空腔；3）控制車身頂蓋與尾門的間隙、面差，減少高速氣流與空腔的相互作用。

在新車型設(shè)計(jì)開發(fā)階段，應(yīng)對車身頂蓋與尾門間隙、面差進(jìn)行風(fēng)噪電子樣機(jī)（Digital Mock-Up, DMU）檢查，提前識別尾門空腔噪聲風(fēng)險(xiǎn)。具體按以下標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：車身頂蓋與尾門間隙名義值不大于4 mm，并且面差名義值不小于2.5 mm，否則就需要設(shè)計(jì)縫隙條或者設(shè)計(jì)擾流結(jié)構(gòu)。

[1] 龐劍.汽車車身噪聲與振動(dòng)控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

[2] 藺磊,顧彥,潘雷,等.整車風(fēng)噪聲性能的聲學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)分析[J].汽車工程學(xué)報(bào),2019,9(3):209-213.

[3] 黃勇,黃祚華,姚魯,等.基于CFD 和聲學(xué)風(fēng)洞的某SUV整車氣動(dòng)噪聲性能提升[J].汽車工程學(xué)報(bào),2019, 9(6):391-399.

[4] 張志飛,任輝,曹斯詩,等.平面射流的汽車天窗風(fēng)振降噪特性[J].振動(dòng)與沖擊,2023,42(3):209-216.

[5] 寧舜山,張倩,肖偉,等.形狀變化對空腔噪聲的抑制效果[J].振動(dòng)與沖擊,2021,40(22):209-214.

Research and Optimization of the Liftgate Cavity Noise Issue on a SUV

DU Li1, ZHANG Dongli2,3

( 1.Jiangxi Modern Polytechnic College, Nanchang 330095, China;2.Jiangling Motors Company Limited, Nanchang 330052, China;3.Key Lab of Vehicle Noise and Vibration of Jiangxi Province, Nanchang 330052, China )

During the wind noise driving evaluation of a sport utility vehicle(SUV) in the develop- ment stage, it is found that obvious abnormal noise from the rear area could be heard in the vehicle when the speed is above 90 km/h. It is diagnosed the noise is generated at gap between the liftgate and the roof panel, and then it is determined to be the problem of cavity noise by the structure. Aiming at the cavity noise issue, the principle of cavity noise is studied firstly. Then the schemes of spoiler structure, sealing strip, margin and flushness adjustment between the liftgate and the roof panel are studied. After batch verification, the method of adding sealing strip is selected to solve the problem. Finally, the lessons learned are summarized, and design standards are established for the development of subsequent models to avoid the liftgate cavity noise.

SUV; Cavity noise; Spoiler structure; Sealing strip; Margin and flushness

U467.1+1

A

1671-7988(2023)21-81-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.021.017

杜莉（1988－），女，碩士，工程師，研究方向?yàn)槠嘚VH性能開發(fā)，E-mail:xiyuanduli@126.com。