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整车风噪性能相关性分析研究

2021-10-23 20:06:42·  来源：电动学堂  作者：姜豪等  
　
文章来源：1.汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室2.长安汽车工程研究总院引言目前，汽车噪声振动开发主要手段为源头控制和路径控制。其中，汽车噪声源头主要包
文章来源：1.汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室2.长安汽车工程研究总院
 
引言
目前，汽车噪声振动开发主要手段为源头控制和路径控制。其中，汽车噪声源头主要包括动力总成噪声、路躁和风噪，针对这些源头的噪声控制方法已有大量研究。对于噪声传递路径，目前主要有整车气密性、噪声衰减量的控制。整车气密性代表着车体孔洞、缝隙与密封系统的密封性能，外界噪声可直接通过这些路径进入车内，增大车内噪声。噪声衰减量反映了车外噪声经过车体之后损失能量的大小，即车体对外界噪声的隔绝程度，噪声衰减量越大，则车体隔声性能越好。
例如，针对动力总成噪声、路噪，通过其发声点到车内人耳的噪声衰减量来进行路径控制。例如轮胎噪声衰减量则是通过在轮胎位置布置高频体积声源，车内布置麦克风而测试得到。风噪由于源头遍布车身外表面，传递路径较为复杂，目前行业内没有获得统一认可的隔声衡量指标，这给汽车工程师带来较多困扰。而且目前针对风噪的研究更多集中于对气动噪声源头的试验和仿真研究，针对风噪传播路径的隔声研究较少。
因此，本文试图基于风噪动态性能及现有路径隔声性能指标，通过统计分析找到它们之间的联系，从而指导工程师进行风噪传播路径隔声性能的控制和开发。本文首先对性能参数进行统计分析，然后研究了整车气密性、路径噪声衰减量与整车噪声衰减量对道路风噪性能的影响规律。
1测试数据分析
为了探究整车气密性、路径噪声衰减量、整车噪声衰减量对道路风噪性能参数的影响规律，对15辆车的整车气密性、路径噪声衰减量、整车噪声衰减量与道路风噪性能参数进行了测试和统计分析。
1.1整车气密性
整车气密性的测试结果如图1所示，可以看出，各车型气密性水平相差较大，轿车车型平均水平为34.7L/s，SUV车型平均水平为53.5L/s，轿车车型气密性标准差为10.0L/s，SUV车型气密性标准差为14.1L/s。SUV车型的平均密封水平相对轿车较差，且波动水平也较轿车大。
1.2噪声衰减量
噪声衰减量分为路径噪声衰减量与整车噪声衰减量[9]，结果分别如如图2、图3所示。本文路径噪声衰减量选取轮胎路径噪声衰减量进行衡量。可以看出，各车型轮胎路径隔声与整车隔声差异较大，其中7台轿车的平均轮胎噪声衰减量为64.88dB，平均整车噪声衰减量为29.9dB，8台SUV的平均轮胎噪声衰减量为64.0dB，平均整车噪声衰减量为29.8dB。
1.3道路行驶风噪性能
图4至图6分别展示了各车型道路行驶工况下的声压级、语言清晰度及响度，表1表示各车型的风噪性能平均水平。
可以看出，各车型的风噪性能差异较大，其中，轿车车型的平均声压级为64.74dB(A)，SUV车型的平均声压级高于轿车，为66.45dB(A)，这是由于SUV车型迎风面积更大，因此整体气动噪声会更大。轿车车型的平均语言清晰度高于SUV车型，响度要低于SUV车型，整车车内声品质较好。
 
 
2相关性分析
2.1静态性能相关性分析
为研究整车气密性对轮胎噪声衰减量、整车噪声衰减量的影响规律，对轮胎噪声衰减量、整车噪声衰减量与整车气密性的相关关系进行了分析，如图7、图8所示。可看出，不论是轮胎噪声衰减量还是整车噪声衰减量，其并不完全取决于整车气密性，相关系数较小。但从变化趋势可以看到，噪声衰减量随着气密性增大而不断减小，说明隔声性能开发需要关注气密性的影响。
 
2.2动静态性能相关性分析
为研究轮胎噪声衰减量、整车噪声衰减量和整车气密性等静态性能指标对道路行驶风噪的声压级、语言清晰度和响度等动态性能指标的影响规律，下面进行了声压级、语言清晰度、响度与噪声衰减量、气密性的相关性分析，皮尔森相关系数r用于表示不同变量间的相关程度。
图9至图11展示了轮胎噪声衰减量与声压级、语言清晰度、响度相关性分析结果，可以看出声压级、语言清晰度、响度等动态性能指标与轮胎噪声衰减量相关性较大,相关系数分别为-0.63、0.64和-0.62。声压级与响度随隔声水平提升而不断下降，语言清晰度随隔声水平提升而不断增大，因此，风噪性能开发需要重点关注轮胎噪声衰减量，轮胎噪声衰减量越大，则整车道路行驶风噪表现越好。
 
 
图12至图14展示了整车噪声衰减量与声压级、语言清晰度、响度相关性分析结果，可以看出声压级、语言清晰度、响度等动态性能指标与整车噪声衰减量的相关系数较小，即相关性较小。
 
 
图15至图17展示了整车气密性与声压级、语言清晰度、响度的相关性分析结果，可以看出声压级与气密性的相关性程度最大，相关系数达到0.75，其次为响度与语言清晰度，相关系数分别为0.73与-0.61。因此，风噪性能开发过程中也需重点关注气密性，气密性水平越小，则整车道路行驶风噪表现越好。
 
通过以上分析可知，整车道路风噪的声压级、语言清晰度、响度等动态性能指标与轮胎噪声衰减量和整车气密性等静态性能指标相关性较大，而与整车噪声衰减量相关性不大。该结论可用于指导风噪性能开发，即整车风噪目标制定需要考虑路径噪声衰减量与整车气密性，风噪性能要求越高，则轮胎路径噪声衰减量需要越大，整车气密性需要越小。
2.3相关性分析模型建立
由以上分析可知，整车道路行驶风噪性能与整车气密性及轮胎噪声衰减量相关性较高，通过建立他们之间的相关性关系，可通过整车气密性及轮胎噪声衰减量等静态性能去预测风噪动态性能的表现。
 
其中：SPL表示声压级，AI表示语言清晰度，Sone表示响度，Q表示整车气密性，TPNR表示轮胎噪声衰减量。
公式表明，整车气密性增大，声压级、响度增加，而语言清晰度变小，性能变差；整车气密性变小，声压级、响度减小，而语言清晰度增大，性能变好。轮胎噪声衰减量减小，声压级、响度增加，而语言清晰度变小，性能变差；轮胎噪声衰减量增大，声压级、响度减小，而语言清晰度增大，性能变好。
3结论
本文对多款车型静态性能指标与动态性能指标进行了统计与相关性分析，结论如下：
（1）轮胎噪声衰减量、整车噪声衰减量与整车气密性相关关系较小。
（2）道路风噪的声压级、语言清晰度、响度等动态性能指标与轮胎噪声衰减量和整车气密性等静态性能指标相关性较大，而与整车噪声衰减量相关性较小。其中，语言清晰度与轮胎噪声衰减量相关系数达到0.64，声压级与整车气密性相关系数达到0.75。
（3）通过建立声压级、语言清晰度和响度与整车气密性、轮胎噪声衰减量的定量公式，表明通过静态性能可以预测风噪动态性能的表现。
（4）研究结论表明整车道路风噪开发需协同考虑轮胎路径噪声衰减量与整车气密性，风噪性能要求越高，则轮胎路径噪声衰减量需要越大，整车气密性需要越小。
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