基于動態密封的高速行駛風噪聲問題診斷

【摘要】為分析某車型高速行駛工況下風噪聲異常增大的原因，從動態密封的角度出發，采用密封條壓力分布測試系統測試密封條動態壓痕，檢測動態密封泄漏情況，并分析動態密封對高速行駛工況下風噪聲的影響，識別出車門密封失效產生的泄漏噪聲是高速行駛風噪聲異常增大的原因。通過研究動態密封的影響因素，發現車門與車身內間隙超差是該車型動態密封失效的主要原因，并總結提出高速行駛工況下風噪聲異常的診斷方法。

關鍵詞：高速行駛風噪聲 動態密封 泄漏噪聲 密封條動態壓痕

中圖分類號：U461.4" "文獻標志碼：A" "DOI： 10.20104/j.cnki.1674-6546.20230338

Diagnosis of High-Speed Wind Noise Based on Dynamic Sealing

Wu Haichuan， Zhao Wei， Pan Dianlong， Zhang Ao， Liu Xiaona， Li Dengshan

（Global Ramp;D Center， China FAW Corporation Limited， Changchun 130013）

【Abstract】 To analyze the reason for the abnormal increase in wind noise of the vehicle at high speed， the paper employs a seal pressure distribution testing system from the perspective of dynamic sealing. It measures the dynamic indentation of the seals， detects dynamic sealing leaks， and analyzes their impact on wind noise at high speeds， identifying the leakage as the source of the increased noise. By studying the influencing factors of dynamic seal， the research reveals that the excessive deviation of the clearance between door and the vehicle body is a main reason for the loss of the sealing contact. The paper concludes and proposes the diagnosis method for the abnormal wind noise at high speed.

Key words： Wind noise， Dynamic sealing， Leak noise， Sealing contact

【引用格式】 吳海川， 趙偉， 潘殿龍， 等. 基于動態密封的高速行駛風噪聲問題診斷[J]. 汽車工程師， 2025（1）： 37-42.

WU H C， ZHAO W， PAN D L， et al. Diagnosis of High-Speed Wind Noise Based on Dynamic Sealing[J].Automotive Engineer， 2025（1）： 37-42.

1 前言

整車制造商一般以120 km/h車速下的風噪聲水平作為風噪聲開發指標，部分車型在該車速下風噪聲水平優異，但車速達到160 km/h時風噪聲會異常增大。為提高用戶駕乘體驗，更高車速下的風噪聲水平控制成為車型開發的性能要求之一。

車輛高速行駛時，車內風噪聲的影響因素主要包括車輛造型、車身結構、聲學包、密封性等。賀銀芝等[1]對多臺車輛進行研究，結果表明，車門密封失效產生的泄漏噪聲是車內噪聲異常增大的主要原因。

密封性是汽車噪聲開發的基礎[2]，靜態密封是動態密封開發的基礎，內外水切、玻璃導槽、三角窗是影響靜態密封性能的關鍵零件，直接影響車內風噪聲性能[3-4]。車輛高速行駛時，車內外產生壓力差，約束較弱的車門窗框會出現外張變形，車身與車門之間的密封條壓縮量會相應減小，王邦等[5]提出了一種密封條動態壓縮量的仿真分析方法。Talay等[6]研究發現高速行駛車門外張變形條件下，車門窗框位置側向剛度越大，風噪聲性能越好。蔣偉等[7]以尺寸鏈分析為主線，形成了車門模塊的尺寸控制方法。動態密封的影響因素主要包括車門窗框側向剛度、車門窗框模態、高速行駛條件下車門外張變形量、密封條壓縮量及車身與車門的內間隙。本文基于風洞試驗，研究動態密封與高速行駛風噪聲間的對應關系，從動態密封的角度分析影響因素，識別某車型高速行駛風噪聲異常增大的原因。

2 動態密封對高速行駛風噪聲的影響

2.1 密封條動態壓痕測試

密封條動態壓痕能夠反映密封條動態密封狀態，是動態密封檢測的方法之一[8]。風洞試驗中采用密封條壓力分布測試系統，如圖1所示。

圖2所示為某車型密封條動態壓痕結果，彩色區域為密封條壓縮區域，黑色區域為密封條非壓縮區域，良好的密封條密封狀態表征為連續且均勻的密封條壓痕。

車輛高速行駛時形成的車內外壓力差使車門向外側張開，由于車門系統中的3個約束點（上鉸鏈、下鉸鏈、門鎖）均在車門腰線以下，所以強度較弱的窗框會出現變形。隨著車速提高、偏航角增大，窗框位置的變形量也會增大，密封條可能出現動態密封失效的問題，導致車門與車身間出現縫隙，產生泄漏噪聲。密封條動態密封失效表征為密封條動態壓痕測試結果出現較大間斷的狀態，如圖3所示。

在風速160 km/h、偏航角-20°工況下，駕駛員側車門頂部外張變形量最大[9]，此時密封條出現動態密封失效的概率最大。因此，密封條動態壓痕的測試工況設定為風速160 km/h、偏航角-20°，測試位置如圖4所示。

2.2 密封條動態壓痕結果分析

2.2.1 位置1密封條動態壓痕

風速160 km/h、偏航角-20°工況下，10款測試車型位置1處門洞密封條、車門密封條動態壓痕測試結果分別如表1、表2所示。其中，5款車型門洞密封條出現密封失效問題，但10款車型車門密封條均未失效。這說明此工況下門洞密封條的密封狀態較車門密封條密封狀態變化顯著。

2.2.2 位置2密封條動態壓痕

風速160 km/h、偏航角-20°工況下，位置2處車門密封條和門洞密封條測試結果如表3所示。該工況下，6款車型位置2處的車門密封條和門洞密封條均出現密封失效。

綜上，位置1處門洞密封條出現動態密封失效的風險較車門密封條大，位置2處為密封條動態密封失效的主要位置。

2.3 密封條動態壓痕與風噪聲的關系

在風洞試驗室進行動態壓痕測試的同時，測試風速120 km/h、偏航角0°與風速160 km/h、偏航角-20°工況下的車內噪聲水平，將高速行駛風噪聲大小與動態壓痕測試結果相結合，如表4所示。分析數據發現，10款車型在風速120 km/h、偏航角0°工況下，車內風噪聲響度相差較小，但在風速160 km/h、偏航角-20°工況下，車內風噪聲水平差異非常顯著。其次，多數車型密封條動態密封失效均出現在風速160 km/h、偏航角-20°工況下，分析該工況下車內風噪聲水平發現，動態密封失效車輛的車內風噪聲響度大于48 sone（擴散場）。對比兩種工況，相比動態密封未失效的車輛，動態密封失效的車輛車內風噪聲異常增大。因此，高速行駛風噪聲問題的主要影響因素是動態密封失效，且車內風噪聲響度大于48 sone（擴散場）時，出現動態密封泄漏。

3 某車型高速行駛風噪聲問題識別

車型開發過程中需對不同階段的車輛進行性能驗證，某車型風洞試驗抽檢時發現：量產階段樣車在風速120 km/h、偏航角0°及風速160 km/h、偏航角0°工況下，車內風噪聲水平與試驗階段樣車測試結果相差較??；在風速160 km/h、偏航角-20°工況下，量產階段樣車車內風噪聲響度為48.4 sone（擴散場），比試驗階段樣車車內風噪聲響度測試結果大9.4 sone，風噪聲異常增大。測試結果如表5所示。

在風速160 km/h、偏航角-20°工況下，進行駕駛員側車門密封條動態壓痕測試，試驗階段樣車和量產階段樣車在位置1均未出現動態密封泄漏，位置2測試結果如圖5所示。結果顯示，風速160 km/h、偏航角-20°工況下，試驗階段樣車動態壓痕良好，未出現動態密封失效，量產階段樣車出現動態密封失效，失效位置為位置2處的車門密封條和門洞密封條。

在量產階段樣車動態密封失效位置涂抹凡士林密封，整備后該樣車在風速160 km/h、偏航角-20°工況下，車內風噪聲響度下降6 sone。因此，動態密封泄漏是導致該車型高速行駛風噪聲異常增大的主要原因。

4 動態密封問題分析

動態密封問題的主要原因是高速行駛時風載荷激勵引起車門外張導致密封條密封失效，本文通過分析動態密封影響因素，識別該車型高速行駛風噪聲異常的原因。

4.1 高速行駛車門外張變形量

車門外張變形量測試通常在風洞試驗室進行，如圖6所示，常用測試工況為風速160 km/h、偏航角-20°，此時駕駛員側車門頂部外張變形量最大[9]。車門外張變形量可基于計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）和有限元仿真計算。

首先，計算風速160 km/h、偏航角-20°工況下的風載荷，提取車門表面風載荷壓力，在CFD軟件（如Star-CCM+）中將流體載荷映射到車門結構模型上，如圖7所示。然后用靜力學模型和結構計算軟件（如MSC Nastran）進行車門外張變形量計算，輸出外張變形量的最大值及其所在位置，如圖8所示。

在風洞試驗室中測試高速行駛工況下的車門外張變形量，量產階段樣車最大外張變形量為1.9 mm，試驗階段樣車最大外張變形量為1.8 mm，兩臺樣車出現最大外張變形量的位置一致且均符合設計要求。同時，由于鈑金焊接出現問題的概率很小，且過往車型開發中未出現過該類問題，故排除車門鈑金焊接導致的窗框剛度不足及窗框模態不合格的問題。

4.2 密封條靜態壓痕測試

密封條壓縮量是密封條設計中最重要的參數，但由于關門力及關門耳壓設計的實際需求，壓縮量往往達不到風噪聲設計所期望的理想狀態。同時，較大的生產裝配公差也不利于風噪聲設計。目前，直接測試密封條壓縮量的方法相對欠缺，但密封條壓痕能夠反映密封條的壓縮量狀態。

動態密封以靜態密封為基礎，因此可通過密封條靜態壓痕來分析動態壓痕。密封條靜態壓痕能夠反映車輛內間隙狀態，比較試驗階段樣車和量產階段樣車位置1和位置2的密封條靜態壓痕結果，發現量產階段樣車車門密封條及門洞密封條靜態壓痕情況較試驗階段樣車差，接觸寬度減小44%，如圖9所示，這說明量產階段樣車密封條壓縮量可能存在問題。

生產制造過程中密封條壓縮量不足的原因主要有鈑金質量問題、車門與車身內間隙超差、密封條單體質量問題。該樣車鈑金質量滿足設計要求，因此，需檢測該樣車的車門與車身內間隙及密封條單體質量。

4.3 內間隙測試

車身和車門的內間隙是動態密封的工藝保證，車輛開發前期確定車門與車身之間各部位的內間隙，相應測點如圖10所示，裝配時需要保證各測點的內間隙滿足設計要求。

對照設計圖紙，測試車門區域內間隙，如圖11所示。結果表明，量產階段樣車左前車門窗框位置后端間隙超過公差上限，內間隙上限為7 mm，測點5～測點8處的內間隙分別為7.7 mm、8.1 mm、8.4 mm、8.6 mm，不滿足設計要求。車門與車身內間隙超差位置與風速160 km/h、偏航角-20°工況下密封條密封失效的位置一致。因此，車門與車身內間隙超差是導致量產階段樣車高速行駛工況下風噪聲異常增大的原因之一。

4.4 密封條單體測試

抽檢密封條斷面結構，密封條泡型、密封條自身的壓縮負荷（Compression Load Deflection，CLD）均滿足設計要求。因此，該車型不同階段樣車高速行駛風噪聲差別大的原因是，量產階段樣車在生產制造時車身與車門的內間隙不滿足設計要求。

4.5 高速行駛風噪聲異常診斷方法總結

在整車設計階段，需合理制定車門子系統動態密封控制的各項目標，當整車出現高速行駛風噪聲異常的情況時，可按照以下步驟進行分析：首先，開展高速行駛車門外張試驗，識別車門鈑金狀態；其次，通過密封條靜態壓痕判斷車身與車門內間隙狀態；然后，通過內間隙測試識別具體超差位置；最后，分析密封條單件的狀態。綜合各試驗結果，即可診斷車輛高速行駛風噪聲異常的原因。

5 結束語

本文基于密封條動態壓痕的風洞試驗，分析動態密封與高速行駛風噪聲的關系，并根據動態密封影響因素識別了高速行駛風噪聲異常增大的原因，得到以下結論：

a. 車輛高速行駛時，風噪聲的主要影響因素是動態密封失效。

b. 當車內風噪聲水平大于48 sone（擴散場）時，車輛出現動態密封失效問題。

c. 動態密封控制涉及整車研發到生產的全過程，產品設計階段需保證車門窗框側向剛度、車門窗框模態、車門外張變形量、密封條壓縮量滿足設定的限值，產品生產階段需定期抽檢車門與車身內間隙，保證產品一致性。

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（責任編輯 白 夜）

修改稿收到日期為2023年9月27日。