某SUV格柵嘯叫聲試驗研究

黃曉勝 周萬田 宋俊 葉斌

黃曉勝

畢業(yè)于同濟大學車輛工程專業(yè)，學歷碩士，現(xiàn)就職于廣汽研究院，任風噪NVH工程師。

摘要：當汽車高速行駛時，風噪聲對車內(nèi)的影響將會超過路噪與動總噪聲，成為最主要的噪聲源。風噪聲的構(gòu)成復雜，在各種風噪聲中，乘客對氣動嘯叫聲的感知尤為明顯。某純電SUV在研發(fā)過程中出現(xiàn)高頻嘯叫聲問題，本文以此為背景，通過道路試驗的手段針對該問題采集車內(nèi)外嘯叫聲相關(guān)聲場信號;經(jīng)過聲源定位、問題解析、機理分析明確了嘯叫聲的來源及其幅頻特性，找到了影響嘯叫聲大小的關(guān)鍵參數(shù);基于此對格柵肋條結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，優(yōu)化方案經(jīng)過整車測試驗證具有明顯效果。

關(guān)鍵詞：嘯叫聲;進氣格柵;道路測試;SUV;

中圖分類號：U463.4 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（ 2021） 06-0068-05

Experimental Research on whistle of the Grille of a SUV

HUANG Xiao-sheng， ZHOU Wan-tian， SONG Jun， YE Bin

（ NVH Department of GAC R&D， GuangZhou 51140， China）

Abstract： The impact of wind noise inside the car will exceed the road noise and powertrainnoise and become the main noise source on a high-speed road. Passengers' perception ofaerodynamic whistle is particularly more obvious than the others.A high-frequency whistleproblem happened on an electric SUV during the development process. As result of that， thisarticle will research on the problem by road testing. Through sound source localization，problem analysis， mechanism analysis and other methods， the optimization of the grille finstructure for whistle elimination and the scheme will be told. It is showed that the optimizationmethond has obvious effects by vehicle verification.

Key Words： Whistle; Inlet Grille; Road Test; SUV

1 前言

隨著國內(nèi)汽車行業(yè)研發(fā)水平的提升，汽車的NVH（噪聲、振動及聲振粗糙度）性能逐漸成為衡量汽車品質(zhì)的重要指標之一。汽車行駛時的噪聲通常由動力總成噪聲、路面及輪胎噪聲、風噪聲等多個系統(tǒng)噪聲組成。這些噪聲對車內(nèi)乘員的影響權(quán)重隨著車速的提升而改變，當車速達到lOOkm/h以上時，風噪聲將逐漸掩蓋其他噪聲，成為整車最大的噪聲源[1]。風噪聲的構(gòu)成復雜，通常包含由外造型引起的脈動噪聲、密封不良引起的泄漏聲以及車外狹縫空腔結(jié)構(gòu)引起的空腔噪聲和嘯叫聲等。在以上幾種風噪聲中，嘯叫聲具有頻帶窄、幅值大的特性，主觀上指向性明顯，更容易被消費者感知和抱怨[2]，需要在車型研發(fā)過程中重點關(guān)注和管控。

已有研究經(jīng)驗表明，汽車上的氣動嘯叫聲通常發(fā)生在前保進氣格柵、空調(diào)出風口以及后視鏡流水槽等邊緣特征處，目前國內(nèi)外研究機構(gòu)針對空調(diào)出風口嘯叫聲以及后視鏡嘯叫聲等問題開展了一定的研究，針對前保進氣格柵的嘯叫聲問題研究較少。陳詩昊、嚴旭、沈沉等人針對空調(diào)出風管管道氣動噪聲及出風口造型進行了一些研究，明確了管道噪聲及出風口噪聲的聲學特性，并提出了一些優(yōu)化方法[3]-[6];Leite等人基于整車模型下探索了空調(diào)出風口嘯叫的原因及控制方法[8]-[9]。近年來，隨著自主品牌造型趨勢的迭代創(chuàng)新，格柵嘯叫聲問題逐漸爆發(fā)出來。本文針對某款純電車型開發(fā)過程中出現(xiàn)的格柵嘯叫聲問題，詳細介紹了問題排查過程、聲源定位方法、嘯叫聲的幅頻特性以及影響嘯叫的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與相關(guān)優(yōu)化方案。由于現(xiàn)階段針對汽車嘯叫聲問題的研究處于探索階段，可參考的研究內(nèi)容較少，本文側(cè)重于從工程實踐的角度，對格柵嘯叫問題進行研究，相關(guān)成果可為其他車型的風噪開發(fā)提供參考。

2 格柵嘯叫聲測試

2.1 前保進氣格柵總成

如圖1所示，某suv車型的前保進氣格柵總成由保險杠外罩、中央下部格柵本體、前牽引鉤蓋、前保險杠下飾板及前保險杠下護板等零件組成;下格柵本體位于前保下飾板上，格柵主體形狀為長516mm，寬120mm的平行四邊形;格柵進氣口肋條斜向平行布置，肋條中心線與豎直方向成30。夾角;肋條間距約為llmm，肋條本體寬度為4mm，截面形狀如圖1（b）所示：

2.2 主觀評價

本文主要采用整車道路試驗的方法研究格柵嘯叫聲問題，試驗包括主觀評價和客觀測試兩部分，以某SUV為研究對象，對多個輛量產(chǎn)狀態(tài)的樣車進行主觀評價，發(fā)現(xiàn)當車速超過80km/h，車內(nèi)開始逐漸出現(xiàn)高頻嘯叫聲，聲源指向性明確，來自于車頭位置;當車速達到lOOkm/h，前后排均能感知到明顯的類似“嚶嚶聲”的高頻嘯叫聲;隨著車速的增加，嘯叫聲的量級也逐漸增大。經(jīng)過初步排查與驗證，發(fā)現(xiàn)當用布基膠將格柵進氣口全部封閉后，嘯叫聲消失;當僅封堵一半格柵進氣口時，無論封堵左側(cè)還是右側(cè)，嘯叫聲均存在;當將左側(cè)格柵進氣口封堵、或者只封堵右側(cè)四份之一或二分之一進氣口的情況下，格柵嘯叫聲均出現(xiàn)一定程度上的減弱。

2.3 道路測試

本文中涉及的道路試驗在華南地區(qū)某汽車試驗場封閉高速環(huán)道內(nèi)進行;該試驗場地滿足行業(yè)內(nèi)勻速行駛車內(nèi)風噪測量方法標準所要求的聲學環(huán)境等條件;試驗采用雙向直線段連續(xù)循環(huán)測試的方法，并使用商業(yè)LMS軟件及能量平均的方法對數(shù)據(jù)進行后處理，剔除風向、風速的隨機影響[1]。試驗車輛為接近量產(chǎn)階段工程樣車，車輛的外飾件、密封及隔聲系統(tǒng)均達到量產(chǎn)水平。圖2（a）為車外聲源處表面麥克風的布置情況，圖2（b）為車內(nèi)測點麥克風布置情況，車內(nèi)前排主駕及副駕內(nèi)耳測點處各布置一個麥克風，車外前保中央布置一個表面麥克風，麥克風的布置方式參照GB/T 18697中的規(guī)定。

試驗時車速設定為105km/h，該速度可以保證來流有足夠大的速度激勵出格柵嘯叫聲，同時避免因車速過大產(chǎn)生較大的湍流噪聲，對嘯叫聲產(chǎn)生掩蔽效應;試驗天氣為晴天，風速在3m/s以內(nèi)，路面為光滑路面。實驗時車輛沿環(huán)道雙向勻速行駛，并在直線段開始采集數(shù)據(jù);每個工況采樣時長在8s以上，每次采集6組數(shù)據(jù)。測試后，使用LMSTestlab軟件對6組數(shù)據(jù)進行FFT變換，并通過幅值能量平均的方法得到車內(nèi)外測點的頻譜與瀑布圖。

圖3-a）為車外表面麥克風采集到的聲源瀑布圖，從圖中可以看出，該格柵嘯叫聲的能量在2000Hz以上的高頻區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)集中分布的特點，5700Hz以及7550Hz頻率段附近存在一個較強的能量分布帶;圖3-b）為車內(nèi)與車外測點得到的聲壓級頻譜，頻譜中位于上半部分的曲線為車外測點表面麥克風得到的曲線，下半部分的曲線為車內(nèi)人耳測點處得到的曲線;從聲壓級曲線上可以明顯看到，嘯叫聲聲源在頻域內(nèi)存在多處峰值，峰值的中心頻率分別分在2000Hz、5700Hz、7550Hz以及8300Hz等幾個頻率處，其中7550Hz處能量分布最強，峰值幅值約為85dB。對比分析兩條曲線可以看出，車外格柵嘯叫聲聲源包含五個不同頻率的能量，但只有7550Hz頻率處的能量傳遞到車內(nèi)，其他頻率段處的能量均在傳遞路徑上耗散掉。由此可知，主觀上感知到的類似“嚶嚶音”的嘯叫聲與7550Hz頻率處的能量相關(guān)。

結(jié)合已有研究經(jīng)驗可知，流致嘯叫聲通常為氣流流經(jīng)某一細小空隙或外造型結(jié)構(gòu)特征引起。為進一步弄清柵嘯叫聲是否為氣流流前保格柵中某一微小造型特征引起，對問題車型采用粘貼布基膠排除關(guān)鍵特征進行多輪試驗排查并的方法，定位引起嘯叫的聲源結(jié)構(gòu)。當用布基膠將格柵進氣口全部封閉后，車內(nèi)外各個頻率段處的峰值均消除，如圖4所示。由此可知，嘯叫聲為氣流流過格柵進氣口后產(chǎn)生，與格柵以及肋條造型相關(guān)性較大。

3 問題分析及優(yōu)化

通過以上研究可以初步判定該嘯叫聲與格柵造型相關(guān);進一步分析格柵結(jié)3D數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在格柵肋條兩側(cè)中間位置存在一處0.3mm高的微小臺階特征;通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該臺階為模具配合采用的配模線特征;

隨后用布基膠粘貼格柵進氣口及特征結(jié)構(gòu)的方式，采用排除法進一步探究格柵進氣口具體結(jié)構(gòu)參數(shù)對嘯叫聲的影響。分別探究格柵肋條間距、開口數(shù)量、格柵肋條所在位置以及格柵臺階特征等因素對嘯叫聲的影響。詳細試驗工況如下表1：

通過整車道路測試得到上述各工況下車內(nèi)外聲壓信號，如圖5所示。試驗以整車量產(chǎn)狀態(tài)為基礎狀態(tài)，圖中灰色虛線為基礎狀態(tài)下測點頻譜，黑色實線線為各工況對應測點頻譜。從圖中可以看出，僅打開內(nèi)側(cè)四分之一格柵進氣口，各個頻率峰值均削弱，5700Hz、7550Hz，9600Hz處峰值基本消除;2000Hz處峰值頻率增大，如圖5-（a）;打開內(nèi)側(cè)二分之一格柵口，除2000Hz處峰值幅值增強頻率增加外，其他三個頻率段處峰值幅值和頻率均減弱，9600HZ處峰值得到消除，由此可知進氣口數(shù)量越多2000Hz以上中高頻能力越強，2000Hz處能量減弱，如圖5- （b）;通過對比工況2與工況3發(fā)現(xiàn)，打開外側(cè)二分之一格柵進氣口與打開內(nèi)側(cè)二分之一相比，車內(nèi)風噪頻譜基本一致，如圖5-（ c）;將格柵間距增加一倍至27mm后，2000Hz處峰值微弱降低，其他頻段處峰值均消除，如圖5- （d）。用布基膠粘貼方法消除格柵兩側(cè)表面微小臺階特征后，五個頻段處峰值均得到消除，車內(nèi)測點7550Hz處峰值頻率也明顯消除，如圖5- （e）及圖5- （f）所示。由工況4和5的試驗結(jié)果可知，配模線臺階特征與格柵肋條間距是影響嘯叫聲的關(guān)鍵因素，通過增加間距和消除配模線臺階的方法，可以有效改善該格柵嘯叫問題。

4 結(jié)論

本文通過整車道路試驗的方法，排查了某SUV車型前保進氣格柵嘯叫聲問題，通過道路測試得到車內(nèi)外測點處嘯叫聲的幅頻特性;由試驗數(shù)據(jù)可知，該格柵進氣口嘯叫聲聲源有五個主要峰值組成，車內(nèi)主觀感知到的嘯叫聲頻率約為7550Hz，幅值為85dB;其他峰值能量在傳遞路徑上被耗散掉。

隨后通過格柵結(jié)構(gòu)數(shù)模與測試數(shù)據(jù)分析，定位到引起嘯叫的根源為進氣格柵肋條表面的配模線臺階特征，隨著格柵進氣口數(shù)量與車速的增加，該嘯叫聲聲壓級增強;隨著格柵間距增加，格柵嘯叫聲減弱。由此得到格柵肋條間距與配模線臺階特征為引起嘯叫聲的關(guān)鍵因素，通過增加格柵間距以及消除臺階特征的方法可以有效消除該嘯叫聲，該優(yōu)化方法可為后續(xù)車型的研發(fā)提供借鑒。本文未涉及各峰值能量在傳遞路徑上耗散的差異性及機理，這些規(guī)律后續(xù)有待進一步研究。

參考文獻：

[1]劉先鋒，王學軍，陳曉宇，等，汽車道路風噪聲測試及改進[J].噪聲與振動控制，2014，34（ 003）：111-114.

[2]陳詩昊.某車型出風口嘯叫問題研究[D].上海交通大學，2017.

[3]嚴旭，龔旭，孫慶嶺，等，某車型空調(diào)通風管道氣動噪聲數(shù)值模擬與優(yōu)化[C]//中國汽車工程學會年會.2013.

[4]姜祖嘯、邢鵬、周江彬，汽車后視鏡嘯叫特性試驗研究[J].機械設計，2020，v.37（S2）：193-199.

[5]沈沉，王洋，劉斌，等.汽車空調(diào)出風口嘯叫的辨識及機理探究[J].汽車工程學報，2015，5（ 003）：229-234.

[6]宋云飛，鄭端，王龍飛，等.汽車空調(diào)出風口嘯叫的控制及優(yōu)化[C]//河南省汽車工程學會.河南省汽車工程學會，2018.

[7]張軍，劉含潔，葉鵬.轎車節(jié)氣門嘯叫的聲品質(zhì)機理分析及控制方法卟噪聲與振動控制，2011，31（ 005）：90-92.

[8]Leite R P，Paul S，CJerges S N Y.A sound quality-based investigation of the HVAC system noise of anautomobile modelU]. Applied Acoustics， 2009， O（ 4）：636-645.

[9]Kong X，

PangJ，Zhangj，

et al.Analysis of Flow-Induced Whisde at the Joint of Suction Tube ofVehicle Climate Control System and its Coupling Withthe Tube Structural Mode[C]// Asme InternationalMechanical Engineering Congress&Exposition. 2016.

專家推薦語

康潤程

襄陽達安汽車檢測中心有限公司

NVH專業(yè)副總師 研究員級高級工程師

該文針對某純電SUV在研發(fā)過程中出現(xiàn)的高頻嘯叫聲問題，通過主觀評價、道路測試，對聲源進行定位、解析、機理分析，明確了嘯叫聲的來源及其幅頻特性，找到了影響嘯叫聲大小的關(guān)鍵參數(shù)。基于此，對進氣格柵肋條結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案進行整車測試驗證，效果明顯。全文結(jié)構(gòu)完整，論點明確、理論正確、論據(jù)有效、邏輯性強、可讀性強。有較好的實際應用價值。