汽车车门密封空腔噪声及其传递实验研究

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.240023

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 52 ›› Issue (9): 104-114.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.240023

汽车车门密封空腔噪声及其传递实验研究

张斌瑜¹^,²(), 王毅刚¹^,³, 俞悟周⁴(), 彭紫宁¹^,³, 宋俊², 叶斌²

^1.同济大学汽车学院，上海 201804
^2.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511400
^3.上海市地面交通工具空气动力与热环境模拟重点实验室，上海 201804
^4.同济大学物理科学与工程学院，上海 200092

收稿日期:2024-01-11 出版日期:2024-09-25 发布日期:2024-04-12
通信作者: 俞悟周（1972—），女，博士，副教授，主要从事噪声与振动控制研究。 E-mail:ywzh@tongji.edu.cn
作者简介:张斌瑜（1989—），男，博士，高级工程师，主要从事噪声与振动控制研究。E-mail： zhangbinyu2012@hotmail.com
基金资助:
国家重点研发计划项目(2022YFE0208000)

Experimental Study on the Noise and Transmission of Automobile Door Sealing Cavity

ZHANG Binyu¹^,²(), WANG Yigang¹^,³, YU Wuzhou⁴(), PENG Zining¹^,³, SONG Jun², YE Bin²

^1.School of Automotive Studies，Tongji University，Shanghai 201804，China
^2.GAC Automotive Research & Development Center，Guangzhou 511400，Guangdong，China
^3.Shanghai Key Lab of Vehicle Aerodynamics and Vehicle Thermal Management Systems，Shanghai 201804，China
^4.School of Physics Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China

Received:2024-01-11 Online:2024-09-25 Published:2024-04-12
Contact: 俞悟周（1972—），女，博士，副教授，主要从事噪声与振动控制研究。 E-mail:ywzh@tongji.edu.cn
About author:张斌瑜（1989—），男，博士，高级工程师，主要从事噪声与振动控制研究。E-mail： zhangbinyu2012@hotmail.com
Supported by:
the National Key R & D Program of China(2022YFE0208000)

摘要/Abstract

摘要：

汽车车门密封系统风激下的发声和向车内的传声，其现象和机制复杂，研究较少，认识不明晰。以某SUV车门B柱、C柱第1道密封空腔和尾门密封空腔为研究对象，抽取其结构并等效成规则空腔结构；建立了在小型声学风洞中空腔发声和传声的实验测试平台和方法，开展了风激下的空腔声特性及其影响因素、密封条不同压缩量和密封间隙传声特性实验研究。研究结果表明：车门密封空腔形成的啸叫（尾门空腔）机理不同，低风速时是自激振荡与赫姆霍兹共振腔耦合共振产生，高风速时是自激振荡与空腔模态耦合共振产生，自激振荡以及在流体宽带激励下的空腔共振是频谱中其它峰值产生的根源；B柱和C柱空腔与尾门空腔密封条对声特征的影响差异较大；来流偏航角、俯仰角和湍流度变化对自激振荡激发的幅值和频率影响较大，是车内小于1 000 Hz的带宽峰值噪声的来源之一；密封条压缩量较小时（如0~4 mm）其压缩量增加传声能力反而有增加的情况。基于空腔噪声理论得到的车门门缝小空腔声现象和机理是之前研究缺少的，具有独特性；密封条不同压缩量传声结论具有一定的实际应用价值。

关键词: 汽车车门, 密封条, 空腔噪声, 传声, 风洞试验

Abstract:

The phenomenon and mechanism of sound generation and transmission of the car door sealing system with wind excitation are complex, and its research is much less.Taking the door primary sealing cavities of the B-pillar and C-pillar and the sealing cavity of the backdoor of a SUV as the research objects, this paper extracted their structures which are equivalent to regular cavity structures. It established a small acoustic wind tunnel with a testing platform and the testing method for the cavity sound generation and transmission, and conducted experiment on the sound characteristics and influencing factors, as well as the sound transmission characteristics of different compression of sealing strips and sealing gaps for the cavities with wind excitation. The results indicate that the mechanism of whistling from the door sealing cavity (backdoor cavity) is different. At low wind speeds, it is generated by coupling resonance between self-sustained oscillation and Helmholtz resonance cavity, while at high wind speeds, it is generated by coupling resonance between self-sustained oscillation and cavity mode, and self-sustained oscillation and cavity resonance with broadband excitation are the essential reasons for other peaks in the spectrum. There are significant sound characteristic differences between B-pillar and C-pillar the cavities and the backdoor cavity due to the sealing strip. The changes in yaw angle, pitch angle, and turbulence intensity of the flow have a significant impact on the amplitude and frequency of self-excited oscillation excitation, which is one of the sources of peak noise with a bandwidth below 1 000 Hz in the car. For small sealing strips compression (such as 0~4 mm) the sound transmission may increase with the increase of compression. The research on the sound phenomenon and mechanism of small cavity in car door gaps based on cavity noise theory is missing from previous studies. The sound transmission conclusion of different compression of the sealing strip has guiding significance for the design of car door seals.

Key words: car door, sealing strip, cavity noise, sound transmission, wind tunnel test

中图分类号:

V221.3

张斌瑜, 王毅刚, 俞悟周, 等. 汽车车门密封空腔噪声及其传递实验研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2024, 52(9): 104-114.

ZHANG Binyu, WANG Yigang, YU Wuzhou, et al. Experimental Study on the Noise and Transmission of Automobile Door Sealing Cavity[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2024, 52(9): 104-114.

图/表 19

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参考文献 24

1	SAHA P， MYERS R D ．Importance of sealants for interior noise control of automobiles［C］∥Proceeding of the SAE Technical Paper 920412．［S.l.］：［s.n.］，1992：1-10．
2	GUR Y， MORMAN K N， SINDH N ．Analysis of door and glass run seal systems for aspiration［C］∥Proceeding of the SAE Paper 971902．［S.l.］：［s.n.］，1997：255-270．
3	徐世文，王毅刚，杨小禹，等．汽车车门密封结构的传声实验研究［J］．声学技术，2021，40（3）：385-392．
	XU Shi-wen， WANG Yi-Gang， YANG Xiao-yu，et al. Experimental research on sound transmission of car door sealing structure ［J］．Technical Acoustics，2021，40（3）：385-392．
4	ROCKWELL D， NAUDASCHER E ．Review-self-sustaining oscillations of flow past cavities［J］．Asme Transactions Journal of Fluids Engineering，1978，100（2）：152-165．
5	KOMERATH N M， AHUJA K K， CHAMBERS F W，et al ．Prediction and measurement of flows over cavities-a survey［C］∥Proceeding of the AIAA Paper，25th AIAA Aerospace Sciences Meeting． Reno：AIAA，1987：166．
6	顾晓卓．某MPV前门区域风噪啸叫与密封优化分析［J］．应用声学，2024（2）：308-314.
	GU Xiao-zhuo ．Analysis of wind noise and seal optimization in front door area of an MPV［J］．Journal of Applied Acoustics，2024（2）：308-314．
7	MONGEAU L， BEZEMEK J， DANFORTH R ．Pressure fluctuations in a flow-excited door gap cavity model［C］∥Proceedings of the SAE Paper 971923.［S.l.］：SAE International，1997：2723-2729．
8	HENDERSON B S ．Category 5：sound generation in viscous problems［C］∥Proceeding of the Fourth Computational Aeroacoustics （CAA） Workshop on Benchmark Problems 2004．Ohio：［s.n.］，2004：71-77．
9	WANG Z K， GEORGI D， LAI C H，et al ．Numerical simulation of flow-induced cavity noise in self-sustained oscillations［J］．Computing and Visualization in Science，2007，10（3）：123-134．
10	ROSSITER J E ．Wind tunnel experiments on the flow over rectangular cavities at subsonic and transonic speeds ［R］．Farnborough：Royal Aircraft Establishment，1964．
11	MA R， SLABOCH P E， MORRIS S C ．Fluid mechanics of the flow-excited Helmholtz resonator［J］．Journal of Fluid Mechanics，2009，623：1-26．
12	ELDER S A， FARABEE T M， DEMETZ F C，et al ．Mechanisms of flow-excited cavity tones at low Mach Number［J］．Journal of Acoustical Society of America，1982，72（2）：532-549．
13	LU W， LIN P， GUO H，et al ．Flow parameters in dominant mode selection of self-excited oscillation in slat coves［J］．AIAA Journal，2021，59 （8）：3195-3208．
14	PARK J， SIEGMUND T， MONGEAU L ．Sound transmission through elastomeric bulb seals［J］．Journal of Sound and Vibration，2004，259（2）：299-322．
15	PENG C， MA M ．An investigation into the effect of door seals on noise generated in the passenger compartment［J］．ImechE，1998，C521/1020：335-344．
16	GUR Y， MORMAN K N ．Sound transmission analysis of vehicle door sealing system［C］∥Proceedings of the 1999 SAE Noise & Vibration Conference．Warrendale：［s.n.］，1999：1187-1196．
17	李奇，白长安，王勇．汽车车门密封条隔声性能仿真分析方法介绍［J］．声学技术，2014，33（S2）：281-284．
	LI Qi， BAI Chang-an， WANG Yong ．Introduction of sound insulation performance simulation of vehicle door seals ［J］．Technical Acoustics，2014，33（S2）：281-284．
18	王晓军．汽车车内噪声与车身密封性的关系探讨［J］．北京汽车，2011（2）：30-32，35.
	WANG Xiao-Jun ．Exploration of the relationship between automotive interior noise and body sealing［J］．Beijing Automotive，2011（2）：30-32，35．
19	孙飞，梁波，刘建伟，等．汽车车门密封性能控制与风噪声改善［J］．噪声与振动控制，2015，35（2）：82-86．
	SUN Fei， LIANG Bo， LIU Jian-wei，et al ．Seal performance control of automobile doors and wind noise reduction of vehicle［J］．Noise and Vibration Control，2015，35（2）：82-86．
20	YANG Z G， YU H S， WANG Y G，et al ．Application of immersed boundary-lattice boltzmann method in failure of automobile door sealing strip［J］．Journal Automobile Engineering，2024，238（1）：187-197．
21	LIU Y， LIU P Q， GUO H，et al ． Investigation of the dominant rossiter modal tones at the locked-on state ［J］．Journal of Sound and Vibration，2023，556：117741/1-21．
22	WITTICH D ．J，ALAN C B，JUMPER E，et al．Strong flow-acoustic resonances of rectangular cavities ［J］．Aeroacoustics，2011，10（2/3）：277-294．
23	DALMONT J P， EDERVEEN C J N， OLY N J ．Radiation impedance of tubes with different flanges：numerical and experimental investigations ［J］．Journal of Sound and Vibration，2001，244（3）：505-534．
24	RONALD L ．PANTON，JOHN M M．Resonant frequencies of cylindrical Helmholtz resonators ［J］．Journal of the Acoustical Society of America，1975，57：1533-1535．

峰值阶次	峰值频率（图5）/Hz		共振频率（式（3））/Hz	赫姆霍兹共振频率（式（6））/Hz
峰值阶次	50 km/h^1）	100 km/h^1）	共振频率（式（3））/Hz	赫姆霍兹共振频率（式（6））/Hz
1	621	644	850	559
2	1 875	1 875	2 613	—
3	2 613	2 613	1 527	—
4	3 527	3 527	1 700	—
其它	—	—	2 125，2 263	—
	—	—	2 289，2 503	—
	—	—	2 550，2 872	—
	—	—	3 527，3 018	—
	—	—	3 253，3 400	—

峰值阶次	峰值频率（图5）/Hz		共振频率（式（3））/Hz	赫姆霍兹共振频率（式（6））/Hz
峰值阶次	50 km/h^1）	100 km/h^1）	共振频率（式（3））/Hz	赫姆霍兹共振频率（式（6））/Hz
1	1 136	1 347	850	1 111
2	2 214	2 191	1 548	—
3	3 738	3 738	1 700	—
4	4 253	4 253	1 793	—
其它	—	—	2 368，2 550	—
	—	—	3 079，3 400	—
	—	—	3 539，3 662	—
	—	—	3 846，3 999	—
	—	—	4 492	—

峰值阶次	峰值频率/Hz（图5）		共振频率（式（3））/Hz	赫姆霍兹共振频率（式（6））/Hz
峰值阶次	50 km/h^1）	100 km/h^1）	共振频率（式（3））/Hz	赫姆霍兹共振频率（式（6））/Hz
1	457	574	850	432
2	902	972	965	—
3	1 347	1 792	1 056	—
4	1 781	1 804	1 292	—
5	1 957	1 957	1 582	—
6	2 214	2 214	1 700	—
其它	—	—	2 125，2 239	—
其它	—	—	2 282，2 289	—

空腔	压缩量/mm	泄漏间隙/mm
B柱	0，1，2，4，6	0，1，2，4
C柱	0，2，4，6	0，4
尾门	0，1，2，4，6	0，1，2，4，6

[1]	杨易, 王鑫, 季长慧. 粗糙条对某超高层建筑风荷载影响的风洞试验研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(4): 1-8.
[2]	胡兴军, 惠政, 郭鹏, 等. 基于等离子体流动控制的车辆减阻试验研究 [J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2019, 47(11): 10-15.
[3]	游溢晏致涛李新民钟永力黄汉杰. 多联绝缘子串阻力系数风洞试验研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2018, 46(9): 66-72.
[4]	黄尊地梁习锋常宁尹志春黄俞铭郑炯杰莫广杏. 基于LES的城际动车组车体横断面优化[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2018, 46(9): 109-115.
[5]	李旻谭孟上官文斌李志超刘杰尤黎民. 轿车窗台外侧密封条装配性能的分析与优化方法 [J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2018, 46(5): 117-124.
[6]	黄险峰杨宗筱. 住宅建筑中对角房间的声传递预测[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2017, 45(12): 114-120,134.
[7]	王红卫张龙. 平面波作用下两种声强阵列的精度对比和数值分析[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2016, 44(7): 90-95,101.
[8]	刘昱谢菠荪麦海明陈嘉衍. 球形传声器阵列脉冲响应测量的非线性失真分析[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2015, 43(4): 126-132 137.
[9]	李小康谢壮宁王湛. 多TMD控制下超高层建筑风振响应的快速算法及其应用[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2012, 40(4): 118-124.
[10]	朱丙虎张其林. 世博轴索膜结构屋面风效应的监测分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2012, 40(2): 13-18.
[11]	谢壮宁刘帅石碧青. 低矮房屋标准模型的风洞试验研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2011, 39(6): 106-112.
[12]	谢壮宁朱剑波. 群体高层建筑的平均风压分布特征[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2011, 39(4): 128-134.
[13]	肖正直李正良汪之松晏致涛. 基于高频天平测力试验的输电塔风荷载空间分布估计[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2009, 37(6): 147-152.
[14]	侯家健韩小雷谢壮宁 . 复杂连体双塔高层建筑的风荷载特性[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2008, 36(3): 121-127.
[15]	刘月兴, 王帆, 吴波, 等. 复杂环境下大跨度倾斜平屋面的风洞试验[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2004, 32(11): 75-80.

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Experimental Study on the Noise and Transmission of Automobile Door Sealing Cavity

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