汽车风振(Buffeting)-有驾

本文首发于微信公众号NVH攻城狮(NVHGCS)汽车风振(Buffeting)

很多人都有这种体验：当坐在车里时间久了想降下一侧车窗通风换气时，我们能很明显地感受到一种极有规律的频率极低的压力波动，这种波动令人极其不舒适。实际上，这是一种所有汽车普遍存在的声学现象：风振(buffetingorthrob)。

很多学者和工程师对风振现象作了细致研究，简单来说其核心原理是赫尔姆兹共振腔(Helmholtzresonator)。其实生活中也有很多现象源于赫尔姆兹共振腔，主动的，比如用嘴吹空酒瓶发出的呜呜声；被动的，比如，将海螺(相当于一个低Q因子的赫尔姆兹共振腔)贴在耳旁，我们就能听到“海的声音”，实际上其源头就是周围的环境声。同样的，开一个口的汽车也可以认为是一个赫尔姆兹共振腔。

首先，既然汽车风振的原理是赫尔姆兹共振腔，那么这种现象就会出现在车体有一个开口的情况，如开天窗，降任意一扇车窗(前后排都会有这种现象，但一般情况下后排会更明显一些)。

其次，根据赫尔姆兹共振腔的公式计算，我们可得知其实汽车的风振频率很低，依据现在的大多数车型，此频率低于我们的听力阈下限20Hz。虽然这个频率人耳听不到，但我们对低频的波动特别敏感，而风振的幅值又比较高，所以风振往往给人一种很不舒服的压抑感。

最后，风振现象是和车速相关的。车速过低时，没有风振现象出现。随着车速逐渐升高，风振现象越来越明显。而当风振现象到达一个峰值后，其幅值会随车速升高而降低，并在超过某一车速后消失。而且其频率也并非一直不变，而是随着车速变化。

天窗

汽车风振出现在开天窗，开单侧窗等情况下。其中，以天窗和后侧窗的情况最为明显。下面我们先看一下开天窗的情况。如下图所示，当剪切流通过天窗时，车外气流和车内气流的速度差导致了周期性的涡旋脱落(vortexshedding)。形象一些，这种涡旋脱落可以联想成做煎饼果子时用竹耙推出的面团。

这种涡旋脱落后向后运动，当涡旋碰到天窗后沿时破碎，破碎产生的压力波反馈到前缘的涡旋脱落处，又引起新的涡旋脱落。由此产生周期性的压力波动，并引起赫尔姆兹共振。有一种解释是涡旋脱落的频率正巧与赫尔姆兹共振频率一致从而产生风振，但这种解释并不完善。

第一，这种解释不能说明为什么很宽的车速范围(比如30-100km/h)都能激起赫尔姆兹共振，且风振频率并没有特别显著的变化。第二，这种解释也不能说明同样的风速下，仅仅空洞尺寸的变化就可以使风振的频率产生显著变化(和赫尔姆兹理论公式计算的频率非常接近)。

所以更合理的解释是涡旋脱落的频率和赫尔姆兹共振腔耦合在一起产生了风振，这两者之间是相互作用相互影响的。也可以说，涡旋脱落的频率被赫尔姆兹频率锁定了，可以理解为风振现象是赫尔姆兹共振腔的自激振荡(self-oscillationorself-sustainedoscillation)，而涡旋脱落相当于正阻尼。