从温室走向旷野的噪声性能

2022-5-25 15:37| 发布者: weixin| 查看: 526| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 最近和一位从事风噪研究的朋友聊天，说起了一件有趣但让人抓狂的事情，朋友负责某款车型的风噪开发，无论是仿真还是风洞实验得到的风噪结果都不错，可是路试的结果却一直不够理想，折腾了许久也没弄明白其中的原因。

最近和一位从事风噪研究的朋友聊天，说起了一件有趣但让人抓狂的事情，朋友负责某款车型的风噪开发，无论是仿真还是风洞实验得到的风噪结果都不错，可是路试的结果却一直不够理想，折腾了许久也没弄明白其中的原因。

笔者虽然没有亲自体验朋友说的事情，但是可以想象，相比于风洞实验或者仿真，路试的环境就仿佛是一首歌的开头：“风，没有方向的吹来，雨，也跟着悲伤起来…”为了化悲伤为力量，我们今天就来聊一聊从温室走向旷野的风噪性能。

整车风噪的来源

对于一辆高速行驶的车辆来说，驾驶员或者乘客听到的噪声其实是很复杂的：例如当高速气流流过车身外部，包括上车身、底盘、车顶凸起的行李架和天线、门缝间隙和密封条等部位，将产生外流噪声；而气流流过空调系统、机舱冷却风扇、排气管和消音器等内流管路，也会引起内流噪声。除了这两类和流动相关的噪声之外，还有一些非流动相关的噪声，比如发动机噪声，胎噪和传动噪声等。这些噪声都会通过车身传入乘员舱。

我们平时常说的整车风噪一般特指外流噪声。相信大家对于整车外流场一定不陌生：气流流过车身外部的时候，会产生很强的湍流脉动和流动分离；湍流压力脉动会直接敲打在车身外表面的任何一个地方并产生声激励，而空间中复杂的流场结构也会伴随着声波的产生，并跨越玻璃等介质传入车内。湍流+声波的强强组合几乎可以从整车表面的任何一个地方钻到车里。

当然，车身外部的湍流和声波载荷传入车内的比例则非常依赖于当地部件对于声音的阻碍能力，比如车门肯定比玻璃的隔声能力更强。所以通常情况下，外部的风噪主要通过车窗玻璃、底盘、轮罩、密封条或一些特殊部件传入车内；当然如果我们把车窗打开的话，声音不仅会直接的传入车内，还可能会在某些工况下激发乘员舱并产生风振。

仿真与风洞测试的局限

随着全社会从产品经济向体验经济的转型，人们对于舒适性的要求越来越高，风噪性能作为汽车舒适性的一个重要方面在汽车开发过程中也变得越来越重要。于是工程师们大显身手，左手仿真，右手风洞测试，开始了风噪优化之路。

熟悉风噪的小伙伴们都知道，仿真可以帮助工程师看到更多的流动细节和噪声机理，但结果却总是被挑战到底算的准不准，而风洞实验的结果虽然具有更高的权威，但是却很难展示更多的流场细节，而且总体成本太高。

除了大家公认的这些局限性之外，仿真和风洞实验还有一个共同的局限：它们考察的工况往往是比较特定的，比如固定风速、偏航角、来流湍流度和湍流尺度等。虽然有些风洞开始尝试在来流中增加非定常的脉动，比如周期性的改变来流的角度，但是这种改变仍然是规则的，与实际路况并不相符。

为了更真实的体验车辆的风噪性能，攻城狮们也常常选择路试。相比于仿真和风洞，路试的工况则狂野了很多，风速、来流的角度和湍流度等等都会呈现明显的变化和非定常性，而且这种变化本身并没有规律。

当然，很多路试会选择标准的试验场地，在风速影响较小的天气下，以固定的车速进行风噪性能的测试，但是自然环境中的真实流动仍然具有很强的非定常性，从而加剧了结果的不确定性。

因此，如果将评估和优化车辆的风噪性能形容为培育花朵，仿真和风洞则像是条件优越的温室，而真实环境的路试才是考验车辆真实风噪性能的关键。

路试的风噪性能

正如在第一节中说到的，对于一辆高速行驶的车辆，驾驶员听到的声音来源是非常复杂的，包含各种流动和非流动相关的噪声，如何区分则成为一个难题。因为工程上和学术上都比较认可车辆在高速行驶时，车内的噪声主要来源于风噪，于是很多主机厂在路试的时候会将车速提升到相对较高的值，然后测试车内的噪声，并以此作为风噪的结果，这样做当然可以定性的评估车辆在真实环境下的风噪品质，但是对于定量的描述仍然是不够的。

为了在路试的千军万马中量化风噪的结果，确实不容易，没办法直接打败对手，我们只能考虑“农村包围城市”的迂回策略。首先，为了消除发动机噪声的影响，我们可以在测试时将动力切换至空档，这儿需要特别说明的是，一定是空档滑行，而不是直接关掉动力系统，否则出现紧急情况时非常危险。

然后为了区分风噪和轮胎等结构噪声，我们需要把测试的车速提到尽量高，比如170-180km/h（封闭道路测试，条件不具备者请勿模仿）。如此高速的工况下，基本可以确定车内的噪声完全是风噪占主导。当车辆达到高速后，开始长距离的直线空档滑行，直至60km/h，在滑行的全过程，使用麦克风连续记录车内的噪声，并同时记录车速的变化。这样我们就得到了180km/h到60km/h之间的车内噪声和车速与时间的关系。因为180km/h的车内噪声完全是风噪，我们可以利用风噪与车速的变换关系，将180km/h的噪声结果量化到低速的工况，然后用其他车速测试得到的总噪声与之相减，便可同时得到低速工况下的风噪和结构噪声。

看到这儿，估计有小伙伴要开始质疑两个问题了：高速下的泄露如何应对？风噪与车速的变换关系又是什么？关于泄露问题：如果车辆本身的密封性做得比较好，应该对于风噪的影响很小，但是如果车辆泄露很严重，那就只能祭出神器胶带了，但是需要特别说明的是，出于安全性的考虑，驾驶员侧尽量不要贴胶带，此时可以把副驾侧的麦克风结果作为最终的标准。

而风噪与车速的变换关系则可以很容易的从风洞实验或者仿真中获取，如果都没有，那就只好使用SPL ~ 60log10(Speed)的关系啦。不过6次方的关系虽然用起来很容易，但是和实际肯定还是有偏差，而且不同车型也会有所差异，因此最好还是能从实验或者仿真中获取。

关于风噪的路试，还有什么要交代的吗？为了更好的量化风噪和车速的关系，环境风速最好低于10km/h，然后测试需要在跑道上来回测量并取平均值，路试环境要减少其他车辆的干扰。测试过程中，车内的工作人员要尽量减少动作和发出声音，以免影响测试的结果。

来源：LBM与流体力学微信公众号（ID：LBMCFD），作者：卢比与钢蛋。

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