轿车风噪声及其测量

　　1　引言

　　随着人们对环保的日趋重视以及对现代汽车舒适性的要求,汽车噪声越来越成为一项重要的指标,影响着人们的购车选择。国际上汽车行业竞相加大用于噪声方面的投资,以提高产品品质吸引顾客。

　　汽车(车内及车外)的主要声源为发动机组噪声、轮胎/路面噪声、风噪声。不同类型的汽车在不同的行驶速度下,这三种噪声源的贡献有所不同。对于轿车而言,当车速在60km/h以下时,发动机组的噪声占主导地位。车速在60km/h到100km/h之间时,轮胎/路面噪声成为贡献最大的主要声源。当行驶速度超过100km/h时,风噪声的影响越来越显著。图1为在不同的行驶速度下,汽车车外轮胎/路面噪声和风噪声的范围[1]。图1表明汽车风噪声随车速增加的趋势比轮胎/路面噪声快。

　　2　轿车风噪声的基本原理及其影响因素

　　汽车的展宽比比较低,在路面上行驶时产生非常复杂的流场,流场内存在相当多的气流分离区域。有侧向风时,气流分离更为严重。产生汽车风噪声的基本原因就是局域气流分离引起的,在车身及突出部件周围强烈起伏的紊流压力。存在紊流压力的部位归为两类:一类与基本车身的特征几何参量有关;另一类是保证行驶安全、舒适性等的附件。汽车的风噪声同空气动力拖曳特性之间并没有简单的对应关系。

　　风噪可以通过两种途径传播到汽车内部。一是空气声传播,也就是风噪声可通过车窗、各汽车外部件之间的缝隙、以及车门门缝等传播到车内。二是结构声传播,亦即相应的汽车部件在紊流压力的作用下产生振动,与车内耦合,引起噪声。

　　外部件之间的缝隙形成的原因主要是密封系统的设计问题、部件安装时的偏差。另外,车外气流的吸力作用导致密封系统及某些部件的变形,从而造成缝隙的产生。

　　敞篷车及有一至两扇车窗打开的汽车,在某些特定的车速范围内,还将存在震颤。震颤是由A-柱附近产生的涡流撞击敞篷或窗缘时,与车内腔体产生的共振引起的。

　　影响车内风噪声的主要因素有:车身的基本形状、观后镜、天线、敞篷、车顶货架、车窗、挡风窗、扫雨器、雨水槽、密封系统以及风与汽车的相对速度和方向。车身的基本形状主要由汽车的用途及空气动力学特性决定,因此降低车内风噪声一般是通过改变或替换相对微小的部件。这些部件的改革或替换会明显改变车内风噪声的特性。

　　图2、图3明显显示出观后镜、天线等附件对车内风噪声的影响[2、3]。图2为在整车风洞内,风速160km/h,安装某观后镜前后某轿车车内1/3倍频程声压级频谱图。该图表明,与未安装观后镜的结果相比,安装观后镜将使1kHz以上的高频风噪声加强,最多可增加6dB。图3为车速110km/h时,某轿车安装不同天线(光滑直柱、光滑锥柱、内螺旋锥形、外螺旋锥形)后车内风噪声的实际路面测量结果,测量采用双耳人工头。天线安装在前排乘客座位右前方,因为人工头右耳靠近车窗,故右耳处的声压级明显比左耳高。最常用的光滑直柱和光滑锥柱天线在2kHz处产生窄带噪声,主观听觉上感觉为啸叫声。由于有效地干扰了引起2kHz噪声的涡流,外螺旋锥形天线产生的风噪声最低。天线引起的风噪声与天线的尺寸、材料、形状、安装的位置关系密切。