某MPV前门区域风噪啸叫与密封优化分析.pdf

第 43 卷 第 2 期Vol.43,No.22024 年 3 月Journal of Applied AcousticsMarch,2024 研究报告 某MPV前门区域风噪啸叫与密封优化分析顾晓卓(上汽通用五菱汽车股份有限公司柳州545000)摘要：为解决某MPV前门区域发生“呜呜”风噪啸叫问题，路试验证密封条、车门、A柱区域密封系统，采用格子波尔兹曼方法模拟风洞仿真分析A柱、侧窗区域流场。结果表明，车门侧密封条和A柱钣金空腔的气流从密封条唇边泄露，与A柱区域的涡流形成耦合振动，产生啸叫。啸叫问题与车门侧密封条、车门以及A柱造型有关。更改车门侧密封条外唇边根部材料，提高压缩负荷，并在与A柱接角处增加两个凸筋，进一步试验验证，啸叫消失，问题得到解决。关键词：风噪啸叫；车门侧密封条；压缩负荷中图法分类号:TB535;U463.1文献标识码:A文章编号:1000-310X(2024)02-0308-07DOI:10.11684/j.issn.1000-310X.2024.02.008Analysis of wind noise and seal optimization in front door area of an MPVGU Xiaozhuo(SATC-GM-Wuling Automotic Co.,Ltd.,Liuzhou 545000,China)Abstract:In order to solve the problem of“wuwu”wind noise in the front door area of an MPV,it analyzedsealing strip,door and A-pillar area sealing system by road test,and the lattice Boltzmann method(LBM)wasused to simulate wind tunnel simulation.The results show air flow between the seal strip on the side of thedoor and the sheet metal cavity of A-pillar leaks from the lip of the seal strip,it forms the eddy current in thearea of A-pillar forms fluid-structure coupling vibration,resulted the noise.The problem is related to the doorside seal,door and A-pillar modeling.The material at the root of the outer lip of the door side seal strip ischanged to improve the compression load,and two convex ribs are added at the joint angle with A-pillar.Thetest verified that the noise disappeared and the problem was solved.Keywords:Wind noise;Sealing strip of the door;The compression load2022-11-30收稿;2023-02-07定稿作者简介:顾晓卓(1988),女,辽宁锦州人,本科,研究方向:汽车NVH。通信作者 E-mail:第43卷 第2期顾晓卓：某MPV前门区域风噪啸叫与密封优化分析3090 引言近年来，消费者对汽车的乘坐舒适性要求日益提高。汽车的噪声水平是乘坐舒适性的重要指标之一。高速行驶时，风噪噪声受车辆外饰造型、动态密封等影响。动态密封会产生泄露声与啸叫，乘客可直观感受1。汽车在行驶过程中，车门与车身、车门附件与车门的相对运动等会引起密封性能的变化，可能产生无效密封的状况，这种行驶过程中产生的密封问题为动态密封问题。车门与车身之间的动态密封受车门与车身刚度、密封条的压缩负荷及隔声量等影响23。本文针对某MPV前门区域“呜呜”风噪啸叫问题进行研究。朱文峰等4通过车门密封分段三维仿真，分别提取压缩负荷特性并拟合弹簧等效刚度，建立基于弹簧等效的车门密封精细模型，获得满足密封要求的更小刚度。宋晓等5研究了空腔噪声频率随速度的变化规律，预测了出现流声共振的工况。王俊等6、徐鹏等7研究了A柱棱线、宽度和导风条对侧窗流场的影响。于军建等8通过路试验证的方法更改A柱造型，调整车门与A柱间隙段差，解决了SUV高速啸叫的问题。黄杰巧等9研究A柱区域“呜呜”声与前门密封条唇边干涉量、压缩负荷和压缩负荷损失率有关。本文采用试验验证和CAE仿真相结合的方法，分析引起风噪啸叫问题产生的原因，多方案验证，提出解决措施，有效提高该MPV的高速声品质。1 风噪啸叫问题确认1.1主观评价售后问题反馈，某MPV车速在110 km/h及以上，前门与A柱区域发出“呜呜”啸叫，并且车内A柱装饰板伴有振动现象，引起乘客强烈抱怨。为重现故障，按照汽车道路风噪主观评价方法进行分析，要求风速不超过3 m/s，路况为水平光滑沥青路，最高挡位匀速110 km/h、120 km/h行驶，主观评价人员3人。经评估，速度110 km/h出现“呜呜”啸叫，且车速越快，啸叫声音越大，语声清晰度越差。1.2数据采集试验设备采用LMS振动噪声分析系统，对啸叫进行数据采集及处理，所用的试验设备如表1所示。车内噪声测点为驾驶员右耳，变速器挡位为6挡，行驶工况为匀速120 km/h行驶工况。采集的故障车车内声压级见图1。表1测试设备Table 1 Test equipment序号设备技术参数1LMS SCADAS MOBILE数据采集前端8通道2PCB预极化自由场传声器灵敏度 50 mV/p量程 3.15 Hz 20 kHz40455055606570350400450500?/dB(A)?/Hz68.5 dB(A)422 Hz?图1声压级图Fig.1 Diagram of sound pressure level从故障车车内声压级图可以看出，频率在418 425 Hz，声压出现峰值。声音回放中，过滤此范围的频率及谐频，啸叫消失，确认啸叫发生频率为418 425 Hz，其中在频率422 Hz声压级为68.5 dB(A)。2风噪啸叫原因分析啸叫声在前门与A柱区域产生，应当从A柱区域的密封系统排查，同时啸叫问题与车速相关，车速越快，气流越大，A柱区域的流场与之相关。因此，风噪啸叫的主要排查路径如图2所示。?图2风噪啸叫传递路径图Fig.2 Wind noise transmission path diagram3102024 年 3 月2.1密封条分析对故障车使用密封胶带密封A柱钣金与车门间隙从外后视镜镜座下端到B柱上端，路试主观评估啸叫消失，如图3所示。为确定故障声源具体位置，将密封胶带分段撕取验证试验，最终确认故障声源位置在外后视镜上方后侧。?图3密封试验Fig.3 Seal test将故障车与正常车的车门侧密封条互换，路试主观评估故障车无啸叫，正常车有啸叫；将故障车与正常车的车身侧密封条互换，路试主观评估原故障车啸叫，正常车无啸叫。试验结果表明车门侧密封条是故障产生的原因。A柱区域故障声源位置的密封系统截面见图4，验证车门侧密封条外唇边与车门钣金及外唇边、泡管与A柱钣金组成的空腔影响。验证方案及结果：方案1 使用双面胶粘贴外唇边与车门钣金，路试验证主观评估无啸叫；方案2 使用双面胶粘贴外唇边与A柱钣金，路试验证主观评估无啸叫；方案3 剪掉外唇边，路试验证主观评估无啸叫。abca.A?;b.?;c.?图4A柱区域密封结构截面Fig.4 Wave received in lake experiment and syn-chronized results section of the A-pillar regionalseal structure根据售后信息反馈，故障发生的周期与车辆使用时间呈正比例关系，使用时间越长，密封条压缩负荷衰减越严重。抽取新零件和售后故障件进行压缩负荷和断面10倍放大图检测。将故障密封条截取3段长度为(100 2)mm的试样，试样安装在压缩变形试验装置上，试验装置安装在拉力试验机，试验机弯曲压力设置(50 2)N，速度设定(1002)mm/min，启动测量压缩负荷，同一试样测量3次，计算结果平均值。试验结果见表2，新零件外唇边压缩负荷值较高，部分故障件压缩负荷衰减为0。表2外唇边压缩负荷测试结果Table 2 Outer lip compression load test(单位：N/100 mm)零件号故障件1故障件2故障件3故障件4新零件5压缩负荷0.1600.3200.9断面检测见图5，新零件断面满足要求，故障件外唇边发生变形。试验结果表明车门侧密封条外唇边是啸叫产生的原因。(a)?(b)?图5断面10倍放大图Fig.5 Ten-fold magnification of the cross-section2.2A柱钣金分析啸叫产生时，A柱装饰板振动明显，该车型的A柱结构与X车型相似，X车型未出现过此问题，两车型A柱结构见图6。故障车型A柱长度1462 mm，加强板质量0.2 kg，隔断块布置在A柱与前侧板接角位置；X车型A柱长度1390 mm，加强板质量0.35 kg,隔断块布置在A柱前端，与故障车型啸叫位置相同。验证方案4，参考X车型，在故障声源对应的A 柱空腔位置注入聚氨酯泡沫填充剂，同时A柱外附加3.5 kg质量块，见图7。路试验证啸叫仍存在，A柱空腔钣金结构不是啸叫产生的原因。第43卷 第2期顾晓卓：某MPV前门区域风噪啸叫与密封优化分析311?(a)?(b)X?图6A柱空腔结构Fig.6 A pillar cavity structure?图7方案示意图Fig.7 Schematic diagram of Scheme2.3车门钣金分析S.Baskar将密封系统对车门的反作用力等效替代为弹簧，将车门-密封条-A柱钣金等效为刚体-弹簧-刚体，根据吸振器理论，在振动物体上附加质量弹簧共振系统，附加振动系统在共振时产生的反作用力可使振动物体的振动减小。方案5在车门窗框故障发生对应位置上增加3.5 kg 质量块，增加反作用力，见图8。路试验证，啸叫消失。车门窗框刚度是导致啸叫产生的原因。2.4A柱区域流场分析该车型翼子板与A柱分缝正对前门车门侧密封条的接角，发动机舱后端密封条未延伸到翼子板两侧，整体形成导风结构见图9，车门侧密封条A柱接角处与钣金离空距离21 mm，气流容易从此处进入密封条唇边与A柱钣金空腔内。方案6在车门侧密封条A柱接角位置粘贴EPDM海绵，EPDM海绵密度60 kg/m3，厚度25 mm，长度20 mm，宽度15 mm，填充唇边与钣金间隙，阻挡气流进入。路试主观评估，啸叫消失，确认密封条A柱接角间隙大是产生啸叫的原因之一。根据2.1节密封条断面检测结果，外唇边变形，与A柱钣金贴合效果差，形成一个凹腔，行驶过程中A柱外气流经过凹腔，在开口凹腔前缘形成振荡剪切层，前缘脱落的漩涡与凹腔内接角进入的气流耦合振动，产生啸叫，故障发生机理见图10。?图8方案示意图Fig.8 Schematic diagram of Scheme?A?图9密封条A柱接角Fig.9 Joint angle at A pillar of the seal?图10故障机理示意图Fig.10 Schematic diagram of fault mechanism3122024 年 3 月A柱钣金横截面宽度、内侧圆角以及外侧圆角对气流分流有影响，故障车型的A柱测量结果见图11。验证方案7，外侧圆角R加大至18.5 mm；验证方案8，横截面加宽30 mm。路试验证，啸叫消失，方案示意图见图12。r=1.8 mmR=10.6 mm38.6 mm图11A柱测量示意图Fig.11 A pillar measurement diagram?图12方案示意图Fig.12 Schematic diagram of scheme根据试验结果，A柱造型是啸叫产生的原因之一。更改A柱外侧圆角半径和A柱宽度，改善了A柱及侧窗的流场。使用流场仿真软件PowerFLOW计算，采用格子波尔兹曼方法模拟风洞对A柱、侧窗流场进行计算，通过PowerACOUSTICS软件进行傅里叶时频转换得到气动声源信息之后，进行声传播计算得出噪声频谱数据，计算完成后，采用PowerVIZ软件对计算结果进行后处理，得到流场分布。仿真模型基于故障车型外饰CAS面建立整车模型，仿真车速为120 km/h，偏航角0，仿真方案为原状态和方案8，方案8通过增加30 mm实心挡风条实施，仿真结果设置故障发生的频率420 Hz。A柱区域涡流示意图见图13。原状态A柱以及发罩尾端涡流能量较大，侧窗区域噪声主要来自A 柱的湍流压力。A柱宽度增加后，A柱与发罩尾端的涡流能量减弱，同时减弱了侧窗以及密封条接角气流，减少进入密封条唇边与钣金的气流，从唇边泄露出的气流与侧窗上的涡流耦合振动降低，啸叫噪声消失。通过对密封条、车门、A柱、外造型试验和仿真可知，前门区域风噪啸叫问题根本原因为车门侧密封条外唇边压缩负荷低，外唇边接角离空、车门钣金刚度与A柱造型是影响因素之一。3解决方案汇总各验证方案实施周期与成本数据，见表3，更改车门、A柱钣金等方案存在周期长、成本高等困难，难以在车型研发后期实施。因此，采取更改车门侧密封条的措施，可以快速实施。(a)?(b)?/dB8090100110图13A柱风噪仿真结果Fig.13 A pillar wind noise simulation results第43卷 第2期顾晓卓：某MPV前门区域风噪啸叫与密封优化分析313表3试验方案结果Table 3 Experiment results序号方案内容是否有效实施周期实施成本方案123车门侧密封条外唇边压缩负荷验证有效20天较低方案4A柱钣金空腔增加隔断验证无效方案5车门钣金窗框刚度验证有效90天高方案6车门侧密封条A柱接角增加隔断验证有效30天低方案78A柱钣金更改外侧圆角及宽度验证有效140天高3.1密封条更改2.1节中测量新零件初始压缩负荷0.9 N/100 mm，企标要求压缩永久变形负荷损失6 43%，外唇边压缩负荷值须达到 2.09 N/100 mm。使用MARC软件仿真计算，将外唇边根部材料由发泡胶改为密实胶，压缩负荷值为2.1 N/100 mm，满足要求。车门侧密封条A柱接角处唇边离空大，在根部及上端增加两个凸起筋条，密封于A柱钣金空腔，改善A柱接角气流。凸起筋条厚度5 mm，与钣金过盈2 mm，更改方案见图14。3.2试验验证更改后的密封条经过压缩老化负荷试验后，装车验证。根据装配后的状态调整车门间隙段差，使用LMS振动噪声分析系统进行120 km/h匀速沥青路测试，采集了仅更改外唇边以及更改接角与外唇边车内噪声数据，车内噪声测点为驾驶员右耳。测试数据见图15，两方案在418 425 Hz频率段无峰值，更改外唇边与接角方案改善效果优于更改外唇边方案，在频率422 Hz处降低了18.6 dB(A)，车内噪声声压级曲线走势平缓，符合线性听感要求。主观评估均无“呜呜”异响。?(a)?(b)?图14密封条更改方案Fig.14 Sealing strip change scheme40455055606570350400450500?/dB(A)?/Hz?68.5 dB(A)422 Hz49.9 dB(A)422 Hz?图15声压级图Fig.15 Diagram of sound pressure level3142024 年 3 月因此，将车门侧密封条唇边根部材料由发泡胶更改为密实胶，提高压缩负荷，唇边接口增加凸起筋条为解决前门风噪啸叫的可实施方案。4 结论本文通过试验测试与仿真计算相结合的方法，解决了某MPV前门区域风噪啸叫问题，得出以下几点结论：(1)风噪啸叫的发生机理气流进入车门侧密封条与A柱钣金空腔，从唇边泄露与A柱区域的涡流形成流固耦合振动，产生啸叫。根本原因为车门侧密封条外唇边压缩负荷低，外唇边接角离空、车门钣金和A柱造型是影响因素之一。(2)减少设计变更及更改周期，实施方案可靠、成本较低。制定密封条外唇边初始压缩负荷要求 2.1 N/100 mm，通过将外唇边根部材料由发泡胶更改密实胶实现，在密封条A柱接角处增加凸起筋条，改善接角处气流。参考文献1 庞剑.汽车车身噪声与振动控制 M.北京:机械工业出版社,2015.2 张天鹏,靳春梅,邱优峰,等.车辆动态行驶过程中车门密封条隔声分析C/2021中国汽车工程学会年会论文集(4),2021:6365.3 潘作峰,邓玉伟,郝耀东,等.动态密封状态下汽车风噪性能不确定性研究J.汽车工程,2021,43(11):16451652,1661.Pan Zuofeng,Deng Yuwei,Hao Yaodong,et al.Studyon uncertainty of vehicle wind noise performance underdynamic seal conditionJ.Automotive Engineering,2021,43(11):16451652,1661.4 朱文峰,李春宇,钟耀,等.基于弹簧等效的车门密封精细建模及窗框刚度研究J.制造业自动化,2017,39(2):9599.Zhu Wenfeng,Li Chunyu,Zhong Yao,et al.Research 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