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轿车道路风噪声测试及改进

1、引言
      轿车的振动、噪声和舒适性(NVH)日益成为新车型研制开发的重点,随着汽车的高速化,风噪声已变成轿车NVH的一项重要指标。车辆行驶速度越快,风噪声的影响就越大,当车速达到100km/h以上时,风噪声的影响甚至超过发动机噪声和路面噪声的影响。目前,国外汽车厂商进行轿车风噪声研发时,通常在能够控制风速和风量的风洞实验室中进行。然而风洞实验室投资巨大、建设周期长,轿车风噪声研发及改进却刻不容缓,因此,在没有风洞实验条件下开展轿车风噪声分析改进具有极大的工程实用价值。
 
2、道路风噪声测试
      目前,国外汽车厂商进行轿车风噪声测试时,通常需要风洞试验条件,因为在风洞试验室内可以获得单纯的风噪声。而在实际道路上进行风噪声测试时,为减少发动机噪声对车内风噪声评价和分析形成干扰,理论上可以在轿车高速行驶时突然关闭发动机,利用轿车惯性前行来评价和分析车内风噪声,但这样驾驶车辆进行测试时非常危险,不具实际操作性。
经过试车我们发现,轿车高速空档滑行时,发动机处于怠速工作状态,发动机噪声基本不影响车内风噪声评价和分析。由于轿车风噪声抱怨大多出现在高速情况下,因此我们采集轿车180km/h空档减速滑行至20km/h时车内四个座位人耳部的声压数据,测试在上海大众高速环道路面上进行。
测试时,使用GPS车速仪获取车速,并将车速和四个座位人耳处声压引入Head公司的ArtimiS系统前端。考虑到车内风噪声受风向影响,如顺风行驶时车内风噪声相对逆风行驶时小,测试时必须在环道的两个方向上采集车内风噪声数据进行平均处理。
 
3、风噪声评价
      客观评价轿车风噪声时,采用语音清晰度指数AI(Articulation Index)作为评价指标,即计算车内四个座位人耳部随车速变化的语音清晰度指数曲线。AI是衡量背景噪声对语音干扰程度的评价指标,取值从0%-100%;AI基于噪声的200-6300Hz的1/3倍频程A计权声压级结果进行计算,计算原理见图3-1。当噪声1/3倍频程谱位于Lower lever及以下时,AI=100%,表明说话完全听得清楚;当噪声1/3倍频程谱位于Upper lever及以上时,AI=0,说话完全听不清楚;当噪声1/3倍频程谱位于Lower lever以上Upper lever以下时,AI的计算按加权处理。
4、风噪声对比测试分析
根据风噪声产生机理,通常将汽车风噪声分为三大类:
(1)、密封不良引起的风噪声,与天窗密封条、门窗导槽、门框密封条、后盖密封条的密封性有关;
(2)、通过车身钢板之间的细缝、A/B/C/D柱内空腔传导的风噪声;
(3)、车身外表面突出结构,如后视镜、天线、顶棚行李架等不平顺处引起的风激励噪声。
风噪声“窗口”分析法的具体步骤:
(1)、对原车进行风噪声测试,记录其状态为S0;
(2)、将车辆上所有需要密封和平顺的位置使用优化状态的手工样件及临时措施改善可能存在风噪声缺陷部位的密封和平顺,作为该车风噪声最好的状态,也称极限优化状态,记录其状态为S1;
(3)、在S1的基础上去除某处的密封或平顺措施进行测试及主观评价,记录其状态为S2,测试完成后恢复此处的密封或平顺措施使其恢复到S1状态;
(4)、重复步骤3直到将所有潜在的不密封或不平顺部位对应的状态都测试完毕,依次记录其状态Si(i=3,4,5…);
(5)、计算并对比所有状态的风噪声语音清晰度指数,可依次排序出不密封位置或不平顺位置对车内风噪声改进的贡献大小,为风噪声改进和优化提供客观依据。
 
5、轿车风噪声改进实例一
2007年J.D.Power调查显示用户对上海大众某车型风噪声存在抱怨,分析整改必须立即进行。采用该方法对该车进行道路风噪声测试,采用语音清晰度指数作为风噪声评价和对比指标,找出了影响车内风噪声的原因,如图5-1所示,该车风噪声整改前后语音清晰度指数如图5-2所示。
6、轿车风噪声改进实例二
       语音清晰度指数(AI)作为汽车风噪声评价指标有一定优越性,已被广泛使用,但并不是唯一的风噪声评价指标。作者在实践中碰到了一种主观评价能感觉有明显差异但AI无法辨别的风噪声。某车型开发过程中后座在70km/h以上时有明显的风噪声。在道路上进行风噪声对比评价及测试发现,问题在于后三角窗内压条(图6-1)两端不密封。在后三角窗内压条两端设计降噪块,如图6-2所示,安装降噪块前后后座AI没有差别,如图6-3所示,但从5kHz~10kHz滤波后的声压级对比(图6-4)可以看出在后三角窗内压条两端加降噪块后后座风噪声明显改善,这符合主观评价的感觉。其主要原因是AI的频率范围是200Hz~6300Hz,而该车抱怨的风噪声却集中在5kHz~10kHz。
7、结论:
      道路风噪声测试方法无需风洞试验条件的配合,大大缩短了开发周期、节省了开发费用。工程实践证明:道路风噪声测试、评价及分析在解决轿车风噪声抱怨、优化轿车风噪声方面是非常有效的。


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