0引言

在汽車(chē)發(fā)展日新月異的今天,人們對(duì)乘車(chē)舒適度也有了更高的要求,而汽車(chē)在高速行駛時(shí),由高速不定性氣流激勵(lì)產(chǎn)生的無(wú)動(dòng)力學(xué)規(guī)律的風(fēng)噪聲,會(huì)令乘客極為不適,因此,如何降低風(fēng)噪已成為NVH的重要研究課題。當(dāng)車(chē)速達(dá)到80Km/h，風(fēng)噪聲逐漸掩蓋其他噪聲成為主要噪聲源，隨著車(chē)速的提高，更是以車(chē)速六次方的關(guān)系增加，因此，高速行駛的汽車(chē)噪聲控制的有效途徑是控制風(fēng)噪。影響風(fēng)噪的因素很多，風(fēng)噪的大小取決于車(chē)速、偏航角、車(chē)輛外造型以及密封性能等因素，車(chē)輛外造型是引起風(fēng)噪的源頭，直接決定了噪聲源的大小和位置。因此，通過(guò)CAE仿真的手段做好的外造型的前期控制，不但可以有效抑制風(fēng)噪，也減少了風(fēng)洞試驗(yàn)次數(shù)，對(duì)控制成本與開(kāi)發(fā)周期有利。

 

車(chē)身外造型對(duì)風(fēng)噪影響較大的區(qū)域主要是A柱，后視鏡，發(fā)動(dòng)機(jī)罩以及外造型的搭接方式，而A柱對(duì)風(fēng)噪的影響又是極為敏感的，不但受到機(jī)蓋尾部流場(chǎng)的影響，經(jīng)過(guò)前風(fēng)窗的部分氣流也會(huì)流向A柱，少部分渦流從前風(fēng)擋下部流向A柱與后視鏡耦合區(qū)域，流動(dòng)狀態(tài)急劇變差，故A柱與后視鏡區(qū)域產(chǎn)生的聲源是整車(chē)風(fēng)噪的最大風(fēng)噪聲源。因此，控制A柱造型，減少A柱氣流分離成為了控制風(fēng)噪的關(guān)鍵，通過(guò)增加A柱裝飾件和修改A柱型面，均能明顯減小氣流分離區(qū)。

 

A柱造型對(duì)于風(fēng)噪是很敏感的，流向前風(fēng)擋玻璃的氣流從側(cè)面流出，在A柱上端分開(kāi)后形成向上移動(dòng)的圓錐形漩渦，從A柱分離的流體在側(cè)窗附近產(chǎn)生一個(gè)高強(qiáng)度的錐形渦，這里形成的聲源離駕駛員耳朵的位置非常靠近，加上窗玻璃是一種很差的絕緣體，這種A柱聲源的重要性是顯而易見(jiàn)的。A柱分離后的流體會(huì)對(duì)外后視鏡流場(chǎng)起到增強(qiáng)的作用，所以，合適的A柱對(duì)抑制聲音目標(biāo)，降低氣流的渦流強(qiáng)度很關(guān)鍵。本文將使用powerflow軟件，以某款車(chē)型為基礎(chǔ)，從正向開(kāi)發(fā)的角度對(duì)A柱斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析及優(yōu)化。

 

1研究方法

本文對(duì)某車(chē)型的A柱造型進(jìn)行優(yōu)化，其造型特征主要包括前風(fēng)窗玻璃與A柱頂點(diǎn)的距離h,A柱撓度，A柱過(guò)渡圓角R、A柱飾板等，如下圖1所示。

 

 

圖1A柱結(jié)構(gòu)圖

 

PowerFlow是集流場(chǎng)，聲場(chǎng)分析于一體的分析軟件，計(jì)算得到流場(chǎng)數(shù)據(jù)后，需要通過(guò)PowerACOUSTICS軟件進(jìn)行傅立葉時(shí)頻轉(zhuǎn)換得到噪聲激勵(lì)信息之后，并可進(jìn)行聲傳播計(jì)算。同時(shí)，時(shí)頻轉(zhuǎn)換計(jì)算完成后，采用PowerVIZ軟件對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理，得到流場(chǎng)分布以及聲壓級(jí)分布云圖。PowerACOUSTICS計(jì)算的目的有兩個(gè)，其一，通過(guò)時(shí)頻轉(zhuǎn)換，將流場(chǎng)信息轉(zhuǎn)化為聲學(xué)信息，以用于PowerVIZ后處理；其二，在PowerACOUSTICS中生存spl曲線，該曲線為SPL聲壓級(jí)隨頻率變化的曲線；可導(dǎo)入玻璃對(duì)聲波的衰減曲線等聲學(xué)包信息，計(jì)算得到乘員艙內(nèi)駕駛員頭部噪聲。PowerVIZ后處理主要產(chǎn)生流場(chǎng)信息圖及聲產(chǎn)信息。如總壓等值面CPT=0，渦流核心，貼面流線，聲壓級(jí)分布，壓力脈動(dòng)，切面速度云圖等。

 

2、仿真及優(yōu)化

2.1、前風(fēng)窗玻璃與A柱頂點(diǎn)的距離h的影響

在原狀態(tài)的基礎(chǔ)上，將前風(fēng)窗與A柱的段差h減小5mm,其他結(jié)構(gòu)及參數(shù)均保持不變，得出的SPL曲線圖如下：

 

 

圖2優(yōu)化前后總聲壓級(jí)對(duì)比

 

圖2是優(yōu)化前后的SPL曲線圖對(duì)比，反應(yīng)的是不同頻段的聲壓級(jí)大小。從SPL曲線圖可以看出，優(yōu)化后的總聲壓級(jí)在高頻段明顯降低，主要原因是優(yōu)化后側(cè)窗的貢獻(xiàn)量減少了，h值的減小使得車(chē)內(nèi)噪聲聲壓級(jí)0.75dBA，語(yǔ)音清晰度提升了1.4%。

 

圖3是優(yōu)化前后的渦量圖，優(yōu)化前A柱上的渦流量較強(qiáng)，渦流在撕裂的過(guò)程中產(chǎn)生聲源，通過(guò)側(cè)窗玻璃傳到駕駛員耳朵，優(yōu)化后A柱區(qū)域的渦流強(qiáng)度明顯降低，其主要原因是從機(jī)蓋、前風(fēng)窗玻璃上的氣流在經(jīng)過(guò)A柱時(shí)，由于h段差小，氣流分離少，故經(jīng)過(guò)A柱時(shí)產(chǎn)生的渦流量較少。

 

 

圖3渦量圖

 

圖4的優(yōu)化前后的聲壓級(jí)云圖。從兩圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后A柱區(qū)域產(chǎn)生的聲波輻射傳遞到側(cè)窗玻璃減弱，B柱底部側(cè)窗玻璃的聲波載荷也有所減弱，這是因?yàn)閮?yōu)化后經(jīng)過(guò)A柱的氣流分離相對(duì)減少，A柱與后視鏡耦合區(qū)域聲壓脈動(dòng)減弱，后視鏡尾部聲壓脈動(dòng)也得到一定改善，聲波輻射也有所減弱。

 

 

圖4優(yōu)化前側(cè)窗聲壓級(jí)云圖

 

2.2A柱撓度的影響

在原狀態(tài)的基礎(chǔ)上，修改A柱斷面撓度值，分析撓度值對(duì)風(fēng)噪的影響。撓度方案見(jiàn)圖5，a方案A柱斷面內(nèi)收1.0mm，b方案A柱斷面外拱1.5mm,其他外造型，聲學(xué)包參數(shù)一致。得到結(jié)果如下：

 

 

圖5A柱斷面撓度方案

 

圖6各方案的車(chē)內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)頻譜對(duì)比

 

從圖6可以看出，a方案在各個(gè)頻率下均較原方案好，b方案在高頻段比較好，低頻段較a方案較差。對(duì)比圖7可以看出，修改A柱撓度主要是對(duì)側(cè)窗高頻噪聲產(chǎn)生影響，配合側(cè)窗無(wú)夾層玻璃較強(qiáng)的高頻穿透屬性，側(cè)窗噪聲的整車(chē)風(fēng)噪性能的影響較大。相較與原方案，a方案車(chē)內(nèi)噪聲聲壓級(jí)降低1.14dBA,語(yǔ)音清晰度提升了2.58%，b方案車(chē)內(nèi)噪聲聲壓級(jí)降低了0.29dBA，語(yǔ)音清晰度提升了1.73%。

 

 

圖72800Hz~5600Hz的聲壓級(jí)分布云圖

 

2.3A柱過(guò)渡圓角R的影響

以某車(chē)A柱為例分析A柱過(guò)渡R角對(duì)整車(chē)風(fēng)噪的影響，原狀態(tài)A柱斷面倒角為R1.5，c方案A柱斷面倒角為R9，d方案斷面倒角為R18；如圖8

 

 

圖8A柱斷面過(guò)渡倒角示意圖

 

圖9為各狀態(tài)下的車(chē)內(nèi)噪聲頻譜，由SPL曲線可知，c、d方案的高頻段得到了很大的改善，說(shuō)明大倒角利于流體的運(yùn)動(dòng)，減少氣流的分離，A柱產(chǎn)生渦流量降低，A柱側(cè)窗附近產(chǎn)生的噪聲源得到抑制。c方案聲壓級(jí)降低了0.5dBA,語(yǔ)音清晰度提高了1.8%,d方案聲壓級(jí)降低了0.7dBA,語(yǔ)音清晰度提高了2.1%,對(duì)比c、d方案表明倒角越大對(duì)風(fēng)噪越有利倒角半徑達(dá)到一定程度會(huì)使整個(gè)流場(chǎng)發(fā)生質(zhì)變，再增大倒角效果不明顯。

 

 

圖9各方案車(chē)內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)頻譜

 

圖10為外造型渦流圖，從A柱區(qū)域的渦流情況看，原狀態(tài)的A柱渦流較為嚴(yán)重，c、d方案的A柱區(qū)域渦流得到了較大的改善，主要是因?yàn)樽龃蟮菇呛蠼?jīng)過(guò)A柱的氣流分離減少了，渦流量也隨之減弱。

 

 

圖10各方案外造型渦流圖對(duì)比

 

圖11為2800Hz~5600Hz的聲壓云圖，c、d方案較原方案聲波輻射均有所減弱，主要原因是A柱氣動(dòng)分離減少，氣流經(jīng)過(guò)A柱產(chǎn)生的渦流量較少，A柱聲源也隨之變?nèi)?，另外A柱優(yōu)化后A柱與后視鏡的耦合區(qū)域的聲源也得到一定的改善。

 

 

圖11各方案的聲壓云圖對(duì)比

 

2.4A柱飾板的影響

在原狀態(tài)的基礎(chǔ)上，增加30mm寬的A柱飾板，如圖12。

 

 

圖12e方案增加A柱飾板

 

從圖13的SPL曲線知，增加A柱飾板在所有頻率下聲壓級(jí)都有所降低，從數(shù)據(jù)結(jié)果上看，增加A柱飾板后車(chē)內(nèi)噪聲總聲壓級(jí)降低1.74dBA,語(yǔ)音清晰度提升3.3%，可見(jiàn)，A柱飾板對(duì)風(fēng)噪影響很大，但我們仔細(xì)分析可知，A柱飾板對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲降低比較明顯的頻段在1200以下的低頻段，高頻段也有所降低，但并不明顯。

 

 

圖13e方案與原狀態(tài)車(chē)內(nèi)噪聲噪聲頻譜

 

３總結(jié)

本文基于powerflow軟件對(duì)A柱的風(fēng)噪性能進(jìn)行仿真及優(yōu)化，從得出的結(jié)果分析可知：A柱各參數(shù)對(duì)風(fēng)噪的影響都是極為敏感的，前風(fēng)窗玻璃與A柱頂點(diǎn)的距離，A柱外側(cè)倒角的大小，A柱外表面撓度及A柱飾板都是A柱造型比較重要的參數(shù)，對(duì)A柱風(fēng)噪影響較大，各優(yōu)化方案對(duì)風(fēng)噪的效果已比較明顯，通過(guò)這次分析，可快速找到優(yōu)化A柱風(fēng)噪的方法與思路，為正向開(kāi)發(fā)的A柱造型設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

 

資料來(lái)源：達(dá)索官方