某纯电动汽车风噪优化控制方法

李 腾，张义博

（大运汽车股份有限公司，山西 运城 044000）

动力总成噪声、风激励噪声和路面激励噪声是汽车的三大噪声源，目前纯电动汽车发展迅速，随着电机噪声的降低和车速的提高，因而风噪问题显得更为突出。一般来讲，当车速达到80 km/h时，风噪声开始出现；车速达到90 km/h时，风噪声就不可忽视；车速达到120 km/h时，风噪成为主要噪声源。本文通过对风噪产生的来源进行梳理，结合主机厂实际的开发流程，从设计前期对整车风噪进行控制，最终满足整车风噪开发客观测试目标，主观评价没有泄露声、风哨声等风噪问题，没有因风噪而产生的顾客抱怨。

1 风噪的定义及产生机理

风噪是一种空气动力性噪声，是汽车在高速行驶时遇到的主要噪声。汽车在行驶时与气流发生相对运动，气流激扰作用在车身各处，与车身表面相互作用造成气流非定常流动而产生的噪声[1-2]。

1.1 单极子声源产生的风噪

单极子声源表现在系统体积或质量随时间变化。车内感受到的风噪属于来自单极子声源发声的情况有两种，一种是通过车门窗的密封条传递的噪声，称为泄漏噪声；另一种单极子声源发声是车内外空气动压造成车门车窗密封条处局部很大的负压，引起密封条变形使车外噪声传入车内，称为气吸噪声[3-4]。

1.2 双极子声源产生的风噪

双极子声源产生于系统动量随时间变化，表现为表面动态声压变化。车内感受到风噪属于双极子声源发声来自汽车表面的非定常空气动力脉动。这种脉动力具有时间上的随机性和空间分布的统计特性作用在汽车结构表面，引起噪声向车内透射，并引起汽车结构的振动，向车内声辐射噪声[5]。

车辆表面的非稳态空气脉动的产生与车辆的外表面有很大的关系。如图1所示，气体流过形状不同的表面而产生几种不同非定常空气脉动。图1(a)表示流体由于结构迎面直角形状产生气动分离；图1(b)表示流体由于结构迎面直角钝化一定程度上减小气动分离，但产生了重附着区；图1(c)表面表示流体由于结构面流线型设计避免了气动分离，产生了全附着区。不同区域的空气动力脉动对车内噪声的影响不同，一般希望减弱气动分离和控制在附着区域位置。

图1 非定常空气脉动

2 风噪性能开发流程

在风噪性能的开发过程中，首先要参考标杆车的风噪试验结果，结合开发车的市场定位，制定开发车的风噪性能开发目标，然后对外造型进行计算机辅助造型（Computer Aided Styling,CAS），进行全方位的造型评估，根据以往的数据库经验，进行风噪电子样机（Digital Mock-Up,DMU）检查，定义出对风噪影响的关键尺寸，并将这些尺寸进行重点管控，在以后的造型调整过程中尽量不调整它们，接着对外造型CAS进行外流场仿真计算，重点关注A柱周围、外后视镜、B柱风噪及车顶前部等位置的风噪，并将这些位置进行重点优化，接下来搭建整车统计能量分析（Statistical Energy Analysis, SEA）模型，声学包建模及调教，后续进行油泥车身风洞试验，评估整车风噪目标达成的风险，并对造型局部细节进行优化验证，最后用实车进行问题整改与验收。其流程如图2所示。

图2 风噪开发流程图

3 整体造型的风噪控制

根据风噪的产生机理，首先可以从车身造型及车外附件设计入手，通过造型流线型设计，避免气流提前分离及减小再附着区域面积，从而降低气流的脉动压力及涡流体积。

3.1 机舱盖与前风挡的过渡设计

气流从前机舱盖到风挡玻璃产生噪声源主要有以下几个原因：1）气流从前机舱盖吹到后端时出现气流分离，然后又重新附着到前风挡玻璃上，在“分离—再附着”的过程中会使气流压力波动非常大，因而产生噪声；2）当雨刮器暴露在流场中时，气流直接吹在雨刮器上，由于其突出的特征且处在沟槽处，使之总声压级比较大，且影响范围不小，例如图3为某车型在风速110 km/h，雨刮拆除前后的噪声对比。所以为了减小这个区域的噪声，一般要求雨刮器采用隐藏布置，即雨刮完全布置在发盖后端切线以下，另外为了前机舱盖到风挡玻璃的流线型过渡，一般要求轿车前风挡玻璃角度不超过30°，运动型多用途汽车（Sport Utility Vehicle, SUV）前风挡玻璃角度不超过32°。

图3 某车型拆除雨刮前后噪声对比

3.2 A柱区域优化设计

前风挡玻璃与A柱之间存在高度差，气流吹到这个区域会从车身表面分离，然后重新附着在车身上。一般要求前风挡玻璃与A柱段差不高于4 mm，迎风面建议不小于20 mm，若无法保证尺寸要求，需提前考虑增加装饰条。侧窗玻璃与 A柱边缘线接缝夹角应小于10°，侧门玻璃高度应低于A柱并且段差小于9 mm。A柱侧面需要一定挠度避免做成平面。结合侧风稳态流场分析对A柱区域造型进行多次微调优化，减小气流在侧窗玻璃处形成涡流的体积。如图4所示，某车型在经过A柱以上优化后，侧窗表面最大声功率由86.049 dB降低到了84.564 dB。

图4 某车型A柱优化前后对比

3.3 外后视镜优化设计

后视镜设计包括以下内容：

1）后视镜尽量布置于车门上，整体呈流线型，没有尖锐的边缘；

2）后视镜壳体尽可能小，后视镜深度尽可能深，曲面过渡连续，结合稳态及瞬态流场分析优化后视镜外壳型面，减小后视镜形成尾涡体积；

3）后视镜折叠区域需要增加毛毡或者橡胶垫密封，避免形成空隙引起啸叫问题；后视镜外壳与侧窗的夹角应介于 0°～5°，避免将气流导向侧窗；

4）后视镜与侧窗的距离保持在50 mm以上，避免后视镜背风侧形成的涡流撞击在侧窗玻璃表面；

5）外壳迎风面避免棱边造型，防止产生峰值噪声；

6）高端车型可采用电子后视镜，进一步减小后视镜产生的风噪，例如奥迪E-Tron。

如图5所示，某车型通过优化后视镜与侧窗的角度和增大后视镜和侧窗间隙后，侧窗表面的最大声功率由86.049 dB降低到了84.965 dB。如图6所示，某车型不合理的棱边造型，产生容易产生峰值噪声和哨音，主观评价较差。

图5 某车型外后视镜优化前后对比

图6 不合理的棱边造型产生峰值噪声

4 传播路径的风噪控制

控制风噪的第二点是对噪声传播途径的控制，通过控制良好的密封系统匹配、白车身及整车气密性、车内吸隔声，从而提高声传递损失。

4.1 白车身气密性设计

白车身气密性的控制主要在于旁路密封、钣金焊缝涂胶、钣金搭接结构设计、减少车身老鼠洞等措施。主要控制方法有：

1）防止焊缝搭接面无密封胶或涂胶长度不足，特别是钣金搭接的拐角位置；

2）避免白车身出现大于3 mm的老鼠洞，导致涂胶失效，对后视镜按照区域、A柱区域重点检查；

3）隔音胶块布置合理且发泡需完全密封钣金，减小旁路噪声和防止白车身泄漏；

4）白车身125 Pa压力差，气密性泄漏量一般要求≤0.849 m³/h，推荐控制在0.566 m³/h以下。

4.2 整车气密性设计

整车气密性是噪声、振动与声振粗糙度（Noise,Vibration and Harshness, NVH）性能开发的基础，良好的整车气密性可以使车内声学包系统充分发挥作用。主要控制方法有：

1）车身侧围、车门密封条和水切压缩量需符合设计要求，与密封条配合的表面需连续，没有断差；

2）建议在A柱、B柱、C柱以及车门下端增加第三道密封条，减少气流进入钣金的缝隙或空腔内，避免泄漏和气吸噪声产生；

3）外饰件与钣金外覆件有良好的密封配合，安装点或者固定卡扣位置要有效密封，特别是后视镜区域，后视镜与钣金安装位置采用线面密封的方式；

4）线束与钣金密封良好，特别是前机舱线束、车门线束和后视镜线束，避免泄漏噪声；

5）整车125 Pa压力差，气密性泄漏量一般要求≤2.264 m³/h，推荐控制在1.698 m³/h以下；

6）CFD仿真高速行驶时车门所受到的负压，在整车内注入相同气压模拟汽车高速行驶时的内外压差，利用超声波测漏仪测试门窗泄漏量以表征动态密封，对泄漏部位重点整改。

4.3 吸隔声设计

良好的整车声学包装可以将声能转变为热能，提高声传递损失，以降低传递到车内人耳处的声压级。一般来讲，汽车吸隔声设计可参考以下几点要求：

1）车门内侧、立柱侧、侧围侧、前围内外、地板和顶棚尽可能多地布置声学包装；

2）在侧围、车门外板布置补强板或者阻尼贴，提高大面的表面刚度；

3）前门后采用双层加胶隔音玻璃。

5 风噪测试

测试设备：西门子LMS测试系统。

麦克风布点位置：驾驶员右耳、右后乘客外耳，如图7所示。

图7 麦克风布点位置图

测试路面：襄阳试验场光滑沥青路面。

测试工况：1）匀速80 km/h驾驶员右耳和右后乘客外耳噪声值；2）匀速100 km/h驾驶员右耳和右后乘客外耳噪声值；3）匀速120 km/h驾驶员右耳和右后乘客外耳噪声值。

车内噪声测试结果如表1、表2所示。

表1 驾驶员右耳噪声值

表2 右后乘客外耳噪声值

车内噪声频谱如图8—图10所示。

图8 匀速80 km/h工况车内噪声频谱

图9 匀速100 km/h工况车内噪声频谱

图10 匀速120 km/h工况车内噪声频谱

6 结论

本文主要对某纯电动汽车的风噪开发过程进行了梳理，分别从整体造型和传递路径等方面介绍了此车对风噪开发的理解和设计实现方法，并对开发过程中的一些具体问题进行了规避。最终调教后实车在标准光滑沥青路面主驾右耳120 km/h噪声值小于65 dB(A)，其他工况也均满足风噪开发客观测试目标，整车主观评价良好。