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電子外后視鏡對整車風噪的影響分析

2021-11-06 19:47:31·  來源：汽車CFD技術之家  
　
（作者：關鵬，潘雷，顧彥，相龍洋，吳雪明，金鑫，梁新華）（上汽乘用車技術中心） 摘 要：電子外后視鏡因其諸多優(yōu)點，使之成為量產(chǎn)車的配置成為可能。本文以某
（作者：關鵬，潘雷，顧彥，相龍洋，吳雪明，金鑫，梁新華）
（上汽乘用車技術中心）

摘 要：
 
電子外后視鏡因其諸多優(yōu)點，使之成為量產(chǎn)車的配置成為可能。本文以某款電子外后視鏡為列，分析其對整車風噪的影響，進一步考察其產(chǎn)生噪聲源的機理。經(jīng)與實驗結果比較表明，安裝于三角窗區(qū)域的電子外后視鏡對整車風噪的改善不明顯，其影響噪聲源主要是通過對 A 柱尾渦結構實現(xiàn)的。

本文通過仿真與試驗的對比分析提出：試驗車輛外后視鏡對風噪性能的影響主要是通過其對 A 柱尾渦結構的影響，鏡體本身非主要因素(不考慮鏡體密封性能的影響)；局部氣流結構的變化是噪聲源變化主要原因。

1 仿真分析
1.1 仿真模型
1.1.1 幾何模型
分析模型為整車模型，主要考察 A 柱、后視鏡側(cè)窗區(qū)域流場及聲場，加密區(qū)域如圖 1 陰影部分所示。加密區(qū)域邊界層總厚度為 2mm，邊界層數(shù)為 10 層，增長率為 1.3。計算域入口速度為 140kph，穩(wěn)態(tài)計算采用標準 k -e。


仿真分析模型與試驗模型保持一致包括：原狀態(tài)后視鏡（圖 2a），優(yōu)化后視鏡（圖 2b），電子外后視鏡（圖 2c）以及無后視鏡（圖 2d）工況。四種后視鏡模型如圖所示：


1.1.2 湍流模型
穩(wěn)態(tài)計算殘差趨于收斂后，綜合考慮計算時間及計算精度，采用 SST k -W
的改進模型 IDDES 計算瞬態(tài)流場及聲場。
1.2 仿真結果
1.2.1 有后視鏡結果分析
首先對比原后視鏡（a），優(yōu)化后視鏡(b)與電子外后視鏡(c)。整車風噪以偶極子聲源為主，且后視鏡更改影響的主要區(qū)域為側(cè)窗附近。提取側(cè)窗表面的湍流載荷聲源可以看出（如圖 3），聲源在三個后視鏡的側(cè)窗表面呈規(guī)律性分布，主要集中于側(cè)窗斜上方，安裝后視鏡基座三角蓋板與側(cè)窗過渡區(qū)域及平行于水切上方區(qū)域。


結合表面聲壓分布（如圖 4），三個后視鏡的表面聲壓分布趨同，原后視鏡在三角蓋板與側(cè)窗過渡區(qū)域變化比較明顯。


從三個后視鏡流線圖（如圖 5）可知，來流翻越 A 柱，經(jīng)鏡柄阻擋后，會形成兩股擾動的氣流。一股位于側(cè)窗斜上方，在該區(qū)域形成聲源；另一股平行且靠近水切上方，在該區(qū)域也形成聲源。


不同之處在于，鏡柄阻擋附近 A 柱尾渦的下行通道，使得該氣流在三角蓋板與側(cè)窗交界處發(fā)生變化并形成主要聲源，同時下游的流場發(fā)生變化，從速度場
(如圖 6)可以看出，優(yōu)化或電子外后視鏡可以影響脈動氣流對側(cè)窗的沖擊。


1.2.2 無后視鏡結果分析
對比原后視鏡與無后視鏡聲源在側(cè)窗表面分布可以看出（如圖 7），無后視鏡在側(cè)窗表面的湍流載荷聲源主要分布在側(cè)窗表面斜上方。與原后視鏡聲源比較，該聲源分布位置整體向 Z 軸下方偏移，分布范圍增大。


表面聲壓分布（如圖 8）也與原后視鏡有明顯變化。無后視鏡表面聲壓主要集中在三角蓋板與側(cè)窗過渡處以及側(cè)窗斜上方。原后視鏡在三角蓋板與側(cè)窗過渡處為主聲壓分布區(qū)，在整個側(cè)窗分布呈輻射狀。


流線圖（如圖 9）所示，無后視鏡流線翻越 A 柱后沒有被鏡柄擾動，匯聚為
A 柱尾流的羊角渦，且該尾渦整體下沉，覆蓋范圍較大，是形成聲源的主要原因。與原后視鏡在三角蓋板與側(cè)窗交界區(qū)域的流線形態(tài)有明顯不同。


速度場（如圖 10）分布顯示，原后視鏡在該區(qū)域有明顯的脈動氣流分布。無后視鏡在該區(qū)域主要呈貼體流動。


2 試驗
2.1 試驗環(huán)境
聲學風洞對于流場與背景噪聲的要求較高，流場中湍流強度低于 0.2%，流場均勻性性小于 0.3%。背景噪聲 58d B(A)@140KPH,測試段滿足半自由聲場的要求。本試驗在 CAERI 風洞完成（圖 11），該風洞為 3/4 開口回流風洞。


2.2 試驗設計
試驗的主要目的是考察電子外后視鏡對整車風噪的影響。后視鏡的更改主要涉及兩類局部流場結構的改變，一類是后視鏡本體及后視鏡尾流的變化，另外一類是側(cè)窗表面 A 柱尾流的變化?；谝陨显?，本文在原后視鏡及電子外后視鏡工況的基礎上，增加了優(yōu)化原后視鏡（后視鏡鏡頭靠近側(cè)窗表面外形優(yōu)化）和無后視鏡兩種工況。
此次試驗為油泥模且對后視鏡及安裝區(qū)域充分密封，避免了密封因素對風噪的影響。
2.3 試驗工況
試驗風速為 140KPH,油泥模型為帶聲學艙的整車。后視鏡安裝在側(cè)窗，試驗工況包括原后視鏡(a)，優(yōu)化后視鏡(b)，電子外后視鏡(c)及無后視鏡(d)，如圖 12 所示：


2.4 試驗結果
本次試驗主要從總聲壓級(d BA)和語音清晰度（AI）兩個參數(shù)評估乘員艙風噪水平。試驗結果顯示（如圖 13）：原后視鏡風噪水平劣于其它 3 種工況，無后視鏡風噪水平優(yōu)于其它 3 種工況。優(yōu)化后視鏡與電子外后視鏡對比，總聲壓級相當，語音清晰度略優(yōu)于電子外后視鏡。電子外后視鏡與原后視鏡的外形主要區(qū)別在于有無鏡頭。從結果可判斷鏡頭尾流區(qū)域及鏡頭本體（除鏡柄外的后視鏡）在此次試驗中不是影響整車風噪的主要原因。


此次后視鏡更改影響的主要頻率范圍在中高頻區(qū)域(如圖 14)。


3 總結
本文的研究對象為電子外后視鏡對整車風噪的影響。為進一步考察電子外后視鏡風噪形成的機理，對四類代表性工況分別進行了研究。通過仿真分析與試驗相結合的方法，具體分析了四種工況的聲場與流場，通過對比結果的共性與差異，結論如下：
1.電子外后視鏡與優(yōu)化后視鏡、原后視鏡對比仿真分析與試驗數(shù)據(jù)可知，此次試驗中后視鏡鏡頭并非主要聲源。
2.電子外后視鏡對整車風噪的影響主要通過鏡柄對 A 柱尾渦氣流的擾動實現(xiàn)。A 柱尾渦對側(cè)窗的作用是形成聲源的主要原因。
3.有后視鏡（包括電子外后視鏡）工況，氣流翻過 A 柱下端遇鏡柄阻擋，經(jīng)擾動后部分平行沿水切直行，部分形成 A 柱尾渦。這兩部分氣流作用于側(cè)窗，形成聲源。并且在三角蓋板與側(cè)窗過渡區(qū)形成主要聲源區(qū)。
4.無后視鏡工況氣流翻過 A 柱下端無鏡柄阻擋，形成上行的 A 柱尾渦區(qū)。該區(qū)域氣流與側(cè)窗作用，是聲源的主要來源。
本文未對后視鏡鏡柄的安裝位置，后視鏡內(nèi)側(cè)與側(cè)窗距離以及內(nèi)側(cè)與側(cè)窗夾角等影響 A 柱尾渦流場的因素做進一步討論，相關問題有待后續(xù)研究。
 
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