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汽车风噪控制成果及测量技术

时间:2023-08-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:当汽车高速行驶时,气流与车身之间相互作用而形成的噪声称为风噪。本书将风噪分成四大类。第三类是风振噪声。造型包括汽车的整体造型和局部造型,分析造型对风噪的影响也是从这两方面入手。如果动态密封不好,风噪会直接通过动态缝隙传到车内而形成气吸风噪。在试车场,可以进行风噪的主观评价和车内噪声测量。

汽车风噪控制成果及测量技术

汽车高速(如120km/h)行驶时,气流与车身之间相互作用而形成的噪声称为风噪。这时,风噪压过了来自发动机和路面的噪声,成为车内最大的噪声源。顾客对风噪的反应通常会有“声音听上去好像窗子或者门没有关好”“在高速公路上开车时风噪很大,影响了我们的谈话或听收音机”等。风噪以中高频成分为主,当风噪大的时候,会严重影响乘员之间的交谈,语言清晰度大幅度下降。

风噪的研究内容包括以下四方面:

□风噪的种类和机理

□造型对风噪的影响与控制

动态密封控制

□风噪的评价、试验与分析

1.风噪的种类和机理

风和汽车的相对高速运动产生的风噪可以从空气声和结构声两方面机理来分析。本书将风噪分成四大类。

第一类是脉动噪声。气流吹到车身表面时,形成了两部分,如图1-35所示。一部分贴合在车身表面,形成了很薄的扰流层。扰流层之外,是比较厚、压力相对稳定的稳流层。

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图1-35 气流在车身表面的附着层

在扰流层内,气流形成了很多附着在车身上的小漩涡,并产生噪声。这种噪声被称为扰流噪声,也称为脉动噪声。气流与车身的突出物(如天线)摩擦产生的噪声也是脉动噪声。扰流噪声是在车外形成的,透过车身传递到车内。脉动噪声的传递是空气声传递。

第二类是气吸噪声。车身上存在一些缝隙,或者汽车运动时车门和车身框架之间产生了缝隙,车外噪声直接穿过缝隙而进入车内,这样的噪声称为气吸噪声。

第三类是风振噪声。当天窗打开或者将车门窗打开一部分时,车身就像一个谐振腔,产生共振而发出低频轰鸣声,这就是风振噪声。

第四类是空腔噪声。车身本身的密封非常好,即车身外面和里面不相通。但是表面上的一些缝隙形成空腔,当气流吹到空腔时,产生空腔噪声。空腔噪声是在车外产生,透过空气声传递通道传到车内。

脉动噪声和空腔噪声是声音穿过车身,以空气声的形式向车内传递。而气吸噪声和风振噪声是声音直接透过开口进入车内,当开口为尺寸小的缝隙时表现为气吸噪声,当开口尺寸大时表现为风振噪声。总之,这四类噪声都是空气声传递。

附着在车身表面的小漩涡像一把把小小的锤子敲击着车身,被激励的车身对车内辐射噪声。这是风噪的结构声对车内的传递。

2.造型对风噪的影响与控制(www.xing528.com)

造型是影响车身风噪最主要的原因之一。造型包括汽车的整体造型和局部造型,分析造型对风噪的影响也是从这两方面入手。

车身整体造型应该具有良好的流线形,避免连接面大的变动,保证边角处过渡弧度曲率大。车身上的过渡面很多,比如从发动机舱盖板到前风窗玻璃的过渡,风窗玻璃过渡的地方一定要有足够的曲率并且圆滑。

整体造型要尽可能避免突出物和减小缝隙。比如车身底板上有排气系统、副车架等等突出物,用一个装饰罩将底板罩住,底部就非常平整,如图1-36所示。车身板件连接处的缝隙要尽可能小,以避免气流在这些缝隙间产生脉动噪声和空腔噪声。

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图1-36 车身底部的装饰罩(见彩插)

局部造型与设计涉及很多部件,如反光镜、天线、门把手、行李架等。局部造型要遵循四个原则:第一是将局部部件隐藏在气流之下,不被气流吹到,例如将门把手与车门设计在同一个平面上,而不是将把手突出;第二是局部有良好的流线形,使气流能顺畅地流过;第三是让气流绕过敏感区域,比如在天窗前面加导流板,使气流不能直接进入车内,以避免产生风振噪声;第四是打破单频脉动噪声,如圆柱天线会带来烦人的单频噪声,可将它改为螺旋天线,使频率分散。

3.动态密封控制

声学包装部分介绍的密封是静态密封。静态密封是指在闭合件以及面板(车门、玻璃、后盖箱、发动机舱罩等)和车身之间的密封,其目的是防止噪声、灰尘、水等进入车内。动态密封是相对静态密封而言的,即汽车在运行过程中的密封状况。汽车在运行过程中,由于车身变形、车门变形、密封条承受动态力使压紧情况变化等因素,会导致其密封状况与汽车静止时不一样。即便静态密封很好,当汽车运行时,也会出现“动态缝隙”。

如果动态密封不好,风噪会直接通过动态缝隙传到车内而形成气吸风噪。动态密封所带来的噪声通常是300Hz以上的中高频成分。

影响动态密封的因素主要有两个:一是车身、车门等结构变形;二是密封条变形或者不能“动态”地补偿结构变形带来的泄漏。车身和车门结构一定要有足够高的刚度和模态,这样可以控制其运动变形量。变形量应该控制在密封条的弹性变形范围内。

密封条影响动态密封的主要因素是弹性变形量和压缩力。密封条的设计包括材料选取、截面形状、受力分析等。随着位移变化,压缩力应该尽可能小,以满足动态密封和关门力两方面的要求。密封条的剖面结构对压缩力影响很大。典型剖面有两种:单泡密封和双泡密封。双泡剖面密封条具有比较平直的压缩力与位移变形曲线。

4.风噪的评价、试验与分析

评价与测量风噪可以在风洞和试车场进行。评价风噪的指标通常有声压级、语言清晰度、响度等。在试车场,可以进行风噪的主观评价和车内噪声测量。在风洞里面,不仅可以测量车内的噪声,还可以测量车外的风噪。可以用声学照相机或者声学聚光镜测量车外噪声,用激光测振仪等来测量车身外板的振动。

分析车内风噪时,仍然可以用“源-传递通道-接受体”来描述,如图1-37所示。源是风对车身的激励,即表面压力分布。表面压力可以在风洞内测量,即在车身表面布置很多小的压力传感器或者传声器,测量压力分布。表面压力也可用CFD方法计算得到。由于风噪的成分是中高频,所以在分析图1-38的模型时,采用统计能量法(SEA)。

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图1-37 风噪分析的“源-传递通道-接受体”模型

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