整车风噪，三板斧就够了吗？

几年前，某厂有一个负责风噪的技术专家，每次项目讨论或者技术交流的时候，必谈A柱、后视镜、三角板的改型，被大家亲切的称为三板斧专家。不过，整车风噪，三板斧就够了吗？

对于一辆高速行驶的汽车来说，驾驶员或者乘客听到的噪声其实是很复杂的：比如当高速气流流过车身外部，如上车身、底盘、车顶凸起的行李架和天线、门缝间隙和密封条等部位产生的外流噪声；而气流流过空调系统、机舱冷却风扇、排气管和消声器等内流管路引起的内流噪声也会传入乘员舱。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。而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；湍流中的压力脉动会直接作用于车身外表面的任何一个地方，而空间中复杂的流场结构也必然会伴随着声波的产生。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，钻进去的比例则非常依赖于当地部件对于压力脉动的阻碍能力，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、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，还可能会在某些工况下产生风振。

01 上车身风噪

当高速流体流过上车身，尤其是在落水槽、A柱和后视镜附近产生的涡流和声压，很容易通过风挡和侧窗玻璃传入到乘员舱。这部分的噪声源通常都是宽频的噪声，而人耳恰好对中高频的声音更加敏感——这体现在当我们计算语言清晰度时，中高频的占比更为重要。所以来自玻璃面板的噪声源往往会对语音清晰度有比较大的影响。而刚才提到的三板斧主要就是针对透过车窗玻璃的风噪而言的。下图展示了某主机厂使用PowerFLOW进行风噪对标的结果，实验和仿真的结果在中高频的区域吻合很好。

频谱上面有一个非常有趣的现象，就是3000Hz左右经常会出现第二个波峰，这是由于车窗玻璃在入射声波激发下会产生受迫的弯曲波，当受迫弯曲波的传播速度等于玻璃固有的自由弯曲波的传播速度时，车窗玻璃就会“顺从”地跟随入射声波弯曲，使入射声能量更加容易透射到乘员舱内。对于一个5mm厚的单层玻璃，当声波水平入射的时候，临界吻合频率约为2300Hz，当声波入射角从水平方向逐渐增大的时候，吻合频率也会逐渐增大。由于流场中的声波是杂乱无章的，各种入射角度都有，所以在频谱上呈现的就是一个吻合频率的范围，我们经常称之为吻合频率带。进行三板斧优化时，吻合频率带的声压级是需要重点关注的内容。

02 底盘噪声

类似上车身的风噪，当空气快速流过车身底部，与车轮和车底复杂的部件相互作用的时候，也会产生强烈的湍流以及声压脉动，并通过轮罩，地板以及中央通道等部件传入乘员舱，称为底盘噪声，其主要也是一些宽频噪声。但是不同于前述的上车身风噪，底盘噪声在中低频的贡献会更加明显。这主要是由于车底通常由很多层不同材质的隔板组成，且重量较大，对于高频的声压脉动具有很好的阻尼效果。下图展示了某主机厂使用PowerFLOW进行底盘噪声的对标工作，可以看到，PowerFLOW准确捕捉到了不同车速对于底盘噪声的影响，仿真的频谱和实验基本一致，而低频的差异主要来源于仿真并没有完整考虑到乘员舱的声学模态效应。

03 间隙/密封条噪声

车身表面还有很多不起眼的间隙和密封条，也可能会产生明显的噪声源。大家在做风洞实验的时候，为了避免泄露以准确的测量其他噪声源的贡献，通常会用胶带把所有的间隙都封上。可是当我们把胶带撕掉之后，乘员舱内的噪声会明显的增加；很多人以为是泄露引起的，其实不尽然。下图展示了一个典型的车门间隙的流动示意图，可见间隙内的空腔在外部流体作用下也会产生声学响应（类似于吹口哨），然后通过密封条传入乘员舱内。

04 天窗/侧窗风振

相信大家平时在开车的时候都有过这样的经历：如果单独打开天窗，随着车速的增加，会在三、四十公里/小时的时候，车内开始出现一个明显的共振现象；但如果持续加速，大概在六、七十公里/小时的时候就会慢慢消失，这个共振现象就是我们常说的风振。风振到底是什么原因导致的呢？

当高速气流流过天窗开口的前缘时，由于粘性和剪切，会在开口附近形成脱落涡->>脱落涡向下游发展的时候会和天窗开口的尾缘相互作用，产生声激励向乘员舱内辐射->>乘员舱在激励作用下会产生声压响应；当此压力响应的频率和天窗前缘涡脱落的频率一致的时候，会进一步激发涡脱落->>这样前缘涡脱落和乘员舱的声响应就形成了一个锁定的自激振荡，也就是我们常说的亥姆霍兹共振，即为天窗风振。当然前、后侧窗单独打开时也可能会引起风振。只是由于A柱涡流和后视镜尾流的作用，前侧窗的来流更加混乱，不易产生规则且高能的脱落涡，风振现象较弱；而后侧窗的来流相对于前侧窗更加光顺，所以更容易出现风振现象。

上图给出了某主机厂使用PowerFLOW进行天窗风振分析的结果。由于风振是典型的低频共振问题，对来流工况非常敏感，因此为了准确评估风振现象，我们需要计算不同车速下的声压级峰值；然后以风速为横坐标，峰值声压级为纵坐标，建立一条速度扫掠曲线来描述风振的开始、峰值以及衰退的过程。上图的结果显示，天窗导流板显著改善了天窗风振，且实验和仿真的结果在整个速度扫掠区间内都吻合的非常好。

小结

通过上述的介绍，大家可以看到，影响整车风噪性能的因素有很多，而声压级是对数叠加，最大的噪声源往往占据主导作用。一旦某个噪声源的声压级比其它噪声源大很多时，即便把某些次要的噪声源完全消除，总的噪声水平依然没有太大的变化。所以评估整车风噪性能的时候需要更加全面和准确的考虑多个因素。三板斧虽好，不能包治百病哦。

其实每一个应用都有其独特和有趣的地方，后面咱们掰开来慢慢给大家聊吧。

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