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汽车侧窗风振噪声分析及其改进

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摘要:以某乘用车为研究对象,采用实车道路试验和仿真分析的方法,研究不同侧窗开启组合下驾驶员耳旁的风振噪声和侧窗风振噪声产生的机理,并提出在后视镜支撑臂位置开槽抑制风振噪声的措施,降噪可达7dB。

关键词:乘用车;侧窗;风振噪声;道路试验;仿真分析

高速下侧窗开启产生的低频高强度风振噪声,会严重影响乘客的乘坐舒适性,同时过大的车厢内部噪声极易分散驾驶员注意力,极易发生交通事故。因此在汽车研发设计阶段,考虑汽车侧窗风振噪声的影响具有重要意义[1]。目前,国内外学者对风振噪声的仿真方法以及抑制措施进行了大量的研究[2-12],而对侧窗不同开启方式对风振特性影响的研究比较匮乏。因此,本文结合实车道路试验与仿真分析,讨论不同侧窗开启组合对驾驶员耳旁声压级的不同影响以及风振噪声产生机理,并提出降低风振噪声的方法。

1实车道路试验

1.1试验设备及方案

为了探究汽车在不同侧窗开启组合下的风振噪声特性,在自然风很小的情况下对某三厢乘用车进行道路试验。试验设备为:Test.Lab测试系统(比利时LMS公司),1/4英寸4136型电容式传声器(丹麦B&K公司)与前置B&K2609型放大器。在驾驶员左耳和右耳各布置一个传声器,最高测试频率为1024Hz,采集频率间隔0.4Hz。

1.2试验结果分析从表1可以看出,在驾驶员左耳旁处,工况2的风振噪声最大,工况4的最小,两者相差24.4dB。单开后窗比单开前窗大约高出14dB,2个侧窗组合开启时,工况6比其他3个工况风振噪声都要高,可见多侧窗开启较侧窗单开风振噪声有较大改善,后窗单开风振最为明显,合理的开窗组合,也是驾驶员行车过程中降低风振噪声时需要考虑的重要因素。

2计算模型及方法

2.1大涡模拟控制方程通过对Navier-Stokes方程进行物理空间过滤。

2.2计算域及网格划分为车辆的几何与内饰网格模型,几何模型长约4700mm,宽约1740mm,高约1470mm,在保证仿真精度的条件下,省略了如门把手等较小附件。由于考虑的是侧窗开启的情况,因此保留了内饰模型及驾驶员和乘客模型。

2.3数值仿真设置数值仿真计算采用ANSYSFluent软件。计算所用的边界条件如下:入口:速度入口100km/h;出口:压力出口一个标准大气压;侧面及顶部:滑移壁面;地板:MovingWall100km/h;车身:无滑移壁面。本文采用k-ε湍流模型进行稳态计算求解,迭代1000次。瞬态计算选择大涡模拟,选取驾驶员耳旁作为监测点。为了跟试验对比,本次分析噪声最高频率为2500Hz,采样时间为0.2s,计算的最高频率决定计算的时间步长,因而时间步长取0.0002s,计算1000步,每时间步迭代20次。为了计算结果更准确,计算0.1s流场稳定后开始进行测点采样。

3仿真验证与结果分析

3.1仿真方法验证为了验证仿真方法的准确性,选取工况1驾驶员左耳处的试验结果和仿真结果进行对比。

3.2侧窗风振噪声形成机理风振是一种和姆赫兹共振现象。当侧窗气流流经侧窗后边沿产生周期性的涡旋与车身声腔周期相接近时会产生共振,从而引起风振。选取工况2的一段时间的静压云图变化来解释侧窗风振噪声的机理。

3.3最大风振噪声特性分析研究表明,后窗开启是风振噪声的主要来源,本文的研究结果也表明,单开后窗有最大风振噪声。3.4风振“通风效应”工况4的风振噪声声压级比工况1低了10dB,说明开双侧窗比开单侧窗的车内风振现象有明显改善。

4风振噪声的控制方案

根据小孔降噪机理,气流流经小孔后,可以减少涡旋的生成,改善流场状况。因此考虑将小孔降噪方法应用于汽车侧窗风振噪声的控制。在保证结构合理的情况下,在后视镜支撑臂位置开槽,通过该小孔降低侧窗附近的湍动能,从而抑制后视镜涡旋的生成和发展,控制侵入车厢气流的脉动压力大小,降低风振噪声。

5结论

以某乘用车为研究对象,通过对不同侧窗开启方式的道路试验和仿真分析,得出以下结论:1)侧窗开启方式对车内风振噪声存在显著影响,多侧窗开启较单侧窗开启风振噪声有较大改善,仅开后窗风振噪声最为明显。2)风振噪声频率随侧窗开启数量的增加而增高。3)在保证后视镜结构强度的情况下,在其安装臂上开一个通孔,将使风振噪声共振频率略有升高,但声压级会减少。

作者:文琪;袁侠义;汤柱良;陈志夫;王超逸;陈林 单位:广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院

汽车电器杂志责任编辑:张雨    阅读:人次