某SUV尾門空腔噪聲問題研究與優化

杜 莉，張東力

某SUV尾門空腔噪聲問題研究與優化

杜 莉1，張東力2,3

（1.江西現代職業技術學院，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重點實驗室，江西 南昌 330052）

某運動型多用途汽車（SUV）在開發階段，風噪駕評時，發現車速在90 km/h以上時，車內可以聽到來自后部區域的明顯異常噪聲。經診斷，該噪聲產生部位為尾門與頂蓋接合縫隙處，進一步分析該處結構是由車身頂蓋、尾門、尾門密封條組成的空腔，根據風噪的分類，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生的機理；然后研究擾流結構、密封條、調整尾門與頂蓋間隙面差等方案；經批量驗證，選取了增加尾門縫隙條的方式解決了該問題；最后總結經驗教訓，制定設計標準，避免后續的開發車型出現尾門空腔噪聲問題。

SUV；空腔噪聲；擾流結構；密封條；間隙面差

隨著社會的發展，顧客對汽車性能要求越來越高，如駕駛性能、燃油經濟性、低碳環保、智能化、振動噪聲（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噪聲已成為影響消費者駕乘感受的一項關鍵性能。現在，人們在高速公路上開車的時間越來越長，對風噪的要求也越來越高。由于過大的風噪聲會使駕駛員和乘員感到疲勞，影響行車的安全[1]，故要求車內整體足夠安靜。風噪在一定程度上能夠影響顧客對產品的選擇，降低車輛的風噪聲，已逐漸成為各汽車廠家提高自身產品競爭力的重要手段。

根據風噪產生的原理，汽車風噪可以細分為以下四類：1）脈動噪聲，是氣流流過車身，在車身表面產生不穩定的壓力脈動引起；2）氣吸噪聲，是由于車身氣密性泄露，車內外空氣流動引起；3）風振噪聲，是由于天窗或者側窗開啟時，車身像一個共振腔引起的低頻壓耳感；4）空腔噪聲，是由于風吹到車身表面的接合縫隙，引起空腔內氣流振蕩，產生噪聲[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聲機理、研究不同的解決方案，總結經驗教訓及制定規避尾門空腔噪聲問題的設計標準，指導后續車型的風噪開發。

1 問題現象及機理分析

1.1 問題現象

某SUV在樣車階段風噪駕評時，發現部分試驗車，車速90 km/h以上時，車內可以聽到來自后部區域的明顯異常噪聲，主觀評估不能接受；經測試分析，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

根據主觀駕評結果，可以判斷異常噪聲來自于車輛后部區域，使用膠帶密封的方式對后部各縫隙進行逐個排查，最終鎖定異常噪聲產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 尾門空腔噪聲機理分析

當高速氣流流過空腔上方時，會在空腔開口處形成不穩定的剪切層，剪切層會在空腔開口前緣處發生分離，形成氣體漩渦，氣體漩渦繼續向空腔下游運動，漩渦與空腔后緣發生碰撞，形成噪聲源，與此同時，碰撞產生的聲波向空腔前端傳播，傳播至前邊緣時與剪切層發生相互作用，從而加劇空腔前緣剪切層的不穩定性，誘導產生新的分離漩渦，由此便形成了一個反饋回路，并在空腔內部產生了高強度噪聲，這就是空腔噪聲的產生機理[2-5]，如圖3所示。

圖3 空腔噪聲產生原理

圖4為該款SUV尾門與車身頂蓋之間形成的空腔，根據上述空腔噪聲產生原理可知，當汽車高速行駛時，來自車頂的高速氣流流經尾門空腔處，氣體發生分離，尾門空腔內部產生高強度噪聲，進而傳遞到駕駛艙內。

圖4 某SUV尾門空腔剖面圖

2 優化方案研究&實施情況

根據尾門空腔噪聲產生機理，從以下幾個方面進行方案研究：尾門造型優化研究；尾門與頂蓋之間增加縫隙條；調整尾門與頂蓋的間隙、面差等。

2.1 尾門造型優化方案

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入空腔內部，降低空腔噪聲，經實車驗證，車內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，經實車驗證，車內聽不到尾門空腔噪聲，問題可解決。如圖6所示。

2.3 調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，發現將車身頂蓋與尾門間隙，面差實際值分別調至5.5 mm、1.5 mm，進行實車驗證，車內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，故間隙名義值應設計成不大于4 mm，面差名義值不小于2.5 mm，才能保證車內不出現尾門空腔噪聲。如圖8所示。

圖6 縫隙條方案

圖7 車身與頂蓋間隙、面差當前設計情況

圖8 調整車身頂蓋與尾門的間隙、面差方案

2.4 優化方案實施情況

尾門造型優化方案：在尾門鈑金前端增加泡棉擾流的方案，工廠粘貼難度大，并且長時間以后有脫落的風險，該方案未實施。

尾門增加縫隙條方案：通過尾門內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，該方案得以實施。

調整車身頂蓋與尾門的間隙、面差方案：間隙面差的調整，涉及尾門鉸鏈和尾門外板的更改，修模周期長、費用高，該方案未實施。

3 總結

通過尾門空腔噪聲機理分析，優化方案的研究，可以得出規避尾門空腔噪聲的三種方案：1）尾門鈑金前端增加擾流結構，使高速氣流盡量少進入空腔內部，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。

在新車型設計開發階段，應對車身頂蓋與尾門間隙、面差進行風噪電子樣機（Digital Mock-Up, DMU）檢查，提前識別尾門空腔噪聲風險。具體按以下標準執行：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，否則就需要設計縫隙條或者設計擾流結構。

[1] 龐劍.汽車車身噪聲與振動控制[M].北京:機械工業出版社,2015.

[2] 藺磊,顧彥,潘雷,等.整車風噪聲性能的聲學風洞試驗分析[J].汽車工程學報,2019,9(3):209-213.

[3] 黃勇,黃祚華,姚魯,等.基于CFD 和聲學風洞的某SUV整車氣動噪聲性能提升[J].汽車工程學報,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振降噪特性[J].振動與沖擊,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，研究方向為汽車NVH性能開發，E-mail:xiyuanduli@126.com。