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详解电动汽车越发重要的L2NVH-风噪Wind Noise

2018-11-20 22:42:42·  来源：Vehicle  
　
电气化是当前汽车不可逆转的趋势和潮流。NVH在电动汽车来临时候很多人悲观的人为NVH 没有传统燃油车重要了，因为传统燃油车大部分NVH的抱怨都来自于动力传动。但
电气化是当前汽车不可逆转的趋势和潮流。NVH在电动汽车来临时候很多人悲观的人为NVH 没有传统燃油车重要了，因为传统燃油车大部分NVH的抱怨都来自于动力传动。但是事实好像却是更加复杂了，下图为某车型不同动力传动结构NVH 抱怨率调查：
 其中你可以发现NVH 抱怨确实少了，但是Wind noise 风噪却将近增加了三倍，这只是抱怨率其实电动车由于没有了发动机声音的掩饰，非常多的附件的声音更加需要优化和调教，所以抱怨少了更体现的是NVH 工程师台上一分钟台下十年功的功夫了。
 本文通过对风噪概念以及分类，风噪的形成机制，风噪的相关控制方法，风噪的评估以及实验签发四个方面详解风噪。
风噪概念以及分类
风噪主要由于车辆高速前进，空气快速流动与车体撞击、摩擦及气流回旋，所产生的一种空气动力性噪音，当前车辆风噪也包括车辆内部空调管道等快速汽车流动产生噪声。一般风噪在车速大于70km时候会凸显,达到130km/h时候风噪就会占噪声的主导。
噪声的传播都是两大路径，结构传递和空气传递，风噪同样不例外。风噪一般的频率区间为500 to 12 kHz.结构传递的噪声频率一般会低一点，空气传递的一般频率高一点。
一般我们把车辆风噪分成四种 Leaking Noise（泄漏声音）, Cavity Noise（空腔声音）, Wind Rush Noise（风冲击声音），Whistle Noise（高频啸叫）。
Leaking Noise（泄漏声音） 类似于高压锅泄气的声音，他是由于气流穿过孔洞之内的引起，但有的情况是气流不穿过泄漏但他可以是引起了密封件的振动而导致。
这种噪声的频率一般是在2-5khz之间，在汽车上他主要产生的部位在前挡以及A柱旁边的密封件。最容易导致的就是密封圈材料以及密封圈开闭部位的贴合程度，但汽车密封件贴合程度是一个难题，贴合的不紧密会导致Wind leaking 声音，但设计贴合太紧密会增大开关力同时破坏橡胶件的疲劳耐久。
 Cavity Noise（空腔声音）类似于吹空瓶子引发的声音，他是气流经过空腔或者是流入空腔而产生的。
空腔噪声的声音频率有低有高的，主要取决于空气流速和经过的空腔大小。例如一般打开汽车的后排窗子，那种声音就夹杂了空腔噪声。
Wind Rush Noise（风冲击声音）主要感官可以理解为风呼啸。他主要是告诉气流流过车体不管你流线型如何。wind rush 产生的噪声的频率比较宽所以他不是那么的惹人烦（一般单频率噪声更突兀扰人）。
空气冲击的声音，主要在A柱前排顾客更容易感知，所以如果A柱做的不好容易产生。
Whistle Noise（高频啸叫）主要感知类似于吹口哨的单高频率声音，他比较容易识别和扰人，他一般是由于车辆的零部件的毛刺和细小突出引发。
风噪的形成机制
 任何声源都可以被看作是(a)质量流(单极)的分布，(b)波动压力(偶极)和(c)波动粘性力(四极)声源的综合体。
• 单极源（Monopole)是在一个闭合系统内由不稳定的系统体积增加或减少产生的，例如排气及活塞发动机的管
道或入口。单极源噪声也可以由通过一个泄漏的门密封条进入汽车增加内部的空气体积产生。
• 偶极源(Dipole)是由流体的非定常压力作用在刚性表面上产生的。一个冯·卡门（ Von Karman ）涡漩撞击
在刚体板就是一个例子。
• 四极子（Quadrupole）声源是由于在湍流剪切层中的两个流体单元的互相碰撞，使得在流动中产生波动的粘性
力而产生。
声音产生的效率取决于可压缩流体内的质量(单极子)、压力(偶极子)或粘性应力(四极)等被诱发的声源波动程度。
简单的可以理解为F=U/L (F为声音频率，U为速度，L为长度)通过这个公式可以直观的理解到风噪引起的whistle啸叫一般是由于车身细小的突出和毛刺导致。
以一个4米长的车身，以140公里/小时移动，对频率的贡献(F=U/L )为例： 长度范围标定（Length Scale）: 
车长 L: ~4m 
流体在车身分离范围大小: ~ 0.01L 
在小涡流量内(small eddy size)的压力波动: ~0.001L
 频率贡献率: 
单极子(Monopole): ~ 10 Hz 
偶极子(Dipole): ~ 1000 Hz 
四极子(Quadrupole): ~ 10K Hz
从汽车的总辐射噪实验研究表明：速度低于120公里/小时是单极行为，速度高于120公里/小时是偶极行为。车辆行驶于低马赫数速度下时，四极子声源的贡献不明显。
风噪的相关控制方法
一般控制噪声的路径为,控制源头,切断传递路径，干扰和抵消噪声.控制源头主要参考风噪产生的机制,对车身进行优化设计,通过下图可以看出风噪主要产生的源头(颜色越深代表风噪越大),我们接下来通过对相关部位进行分析
A柱区域：抑制声音目标的措施是匹配A柱和后视镜的几何形状，以降低气流的涡流强度，同时可以根据项目选用隔音玻璃。
后视镜：后视镜总成上的小凹槽和缝隙通常是单频噪声的来源。在镜体适当位置上的微小表面凸起有助于破坏此周期 性的单频产生气流结构。 镜体和其在车身上的附着件需要与车辆本体的造型进行详细的匹配。这样做的目的是为了降低压力波动，使 气流远离窗口或从窗口窗格的下边缘远离，因而远离驾驶员的耳朵，同时降低涡旋的垂直范围。
风挡雨刮：减少雨刮噪声的主要措施是对雨刮器臂的横向偏航几何形状优化和机舱盖后端边缘更改使气流在雨刷上方偏转，或将雨刷置于舱盖后端边缘下的风挡玻璃流水槽内，以保护其不受气流的影响。
车底以及尾部：车底由于地毯的覆盖基本难以传导，车尾箱盖和车辆底座上的涡旋脉动冲击是乘员舱内部的一个噪声来源。尾部涡旋流区域主要是传递到后车厢内部的低频噪声源。减小尾部涡旋区域的大小可以降低车辆的阻力和乘员舱内部噪声
车顶天窗：主要思路在撞击天窗或侧窗之前减少流动动量
总体来讲还有切断传递路径主要切断区域如下图
另外比较先进的是Audio Noise cancel,消声控制,他主要采用传感器分析声音,然后控制喇叭发出反向波去抵消声音.这个技术当前很多豪车采用,但是当前基本上只对低频的有效.
风噪的评估以及实验签发
  对于整车的风噪评估以及实验签发,主要三种方式,虚拟分析,风洞试验,道路驾评.
虚拟分析,主要基于数模CFD 输入条件进行虚拟运算得出，但是当前数模和虚拟数据并非非常准确，所以常常需要根据实车的匹配和校对，所以引入了风洞试验和道路试验。
风洞试验是，将车辆静止采用风流吹车的实验过程，这样做的好处是可以保证样车的私密性在密闭车间进行试验，还可以排除其他噪声干扰例如路噪和风噪，但是车辆终究是属于人驾驶所以引入道路评价。
道路评价一般需要经过培训和有丰富经验的工程师在试验场或者公共道路上进行驾驶评估，他的优点是实车感受能更多的贴近客户感受，更能体验车辆在不同条件下的表现，所以一般会占很大的权重值。
风噪，在电动车以及自动驾驶来临时候只会更加显得重要，第一电动车缺少内燃机的声音掩盖，他更容易察觉，第二自动驾驶来了，乘坐以及驾驶人员更多的注意力从驾驶中转移出来，他会更加关注舒适噪声了。
参考资料：
郭祥麟 :How to Reduce Wind Noise Through Vehicle Body Design
Dr.-Ing. Alexander Ziemann: aeroacoustic tightness of passager car driving acoustics 
 
 
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• 汽车噪声的控制措施概述 • 汽车发动机废气涡轮增压系统噪声问题的工程分析控制技术
• 振动分析基础知识篇 • 新能源驱动电机NVH开发研究分析
• 驱动电机制造层面的NVH分析和优化 • 探索声品质：如何用心理声学提升车内听觉体验
• 悬置系统常用工况全解析 • 塑料悬置支架设计评判标准：确保NVH性能与耐久性
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