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Acoustics-B柱擾流器對風(fēng)振噪聲的影響及其機理
為進一步理解和控制汽車風(fēng)振噪聲，改善汽車乘員的駕乘體驗，論文驗證了風(fēng)振流場仿真方法的有效性，解釋了風(fēng)振噪聲是由周期性脫落的湍流渦與車內(nèi)空腔共振導(dǎo)致的，并提出了風(fēng)振噪聲的降噪策略，發(fā)現(xiàn)了減小自由剪切層偏離B柱外表面的最大距離可以減小湍流渦的強度，進而減小風(fēng)振噪聲，設(shè)計了多種B柱擾流器，最大降噪效果可達12.8 dB，為B柱擾流器的設(shè)計提供了依據(jù)。
一、研究背景
風(fēng)振噪聲會嚴(yán)重影響車內(nèi)乘員的駕乘體驗，對風(fēng)振噪聲的特性研究并對其進行控制具有重要意義。風(fēng)振可分為天窗風(fēng)振和側(cè)窗風(fēng)振兩種，其中側(cè)窗風(fēng)振的控制相對較難。針對側(cè)窗風(fēng)振，眾多研究都提出了被動控制方案，例如B柱擾流器、車窗立柱、后視鏡結(jié)構(gòu)等，論文在相關(guān)研究基礎(chǔ)上，進一步探索不同形式B柱擾流器對后側(cè)窗風(fēng)振噪聲大小的影響，揭示了不同擾流器對風(fēng)振的影響機理。
二、研究內(nèi)容
1. 驗證風(fēng)振仿真方法的有效性：對比70 km/h車速下主駕乘員耳點的流場仿真結(jié)果和道路試驗結(jié)果，驗證仿真的準(zhǔn)確性。
圖1 仿真計算體網(wǎng)格模型
2. 分析風(fēng)振噪聲的產(chǎn)生機理及降噪策略：根據(jù)自激蕩原理和赫姆霍茲共振原理，對汽車風(fēng)振產(chǎn)生機理進行簡要分析，并由此得到風(fēng)振噪聲的降噪策略。
圖2 一個風(fēng)振周期內(nèi)的流場變化
3. 分析B柱擾流器對風(fēng)振的影響及其機理：設(shè)計了四種不同形式B柱擾流器，探究了其對風(fēng)振的影響及其機理，并對擾流器結(jié)構(gòu)進行了參數(shù)尋優(yōu)。
圖3 B柱擾流器的結(jié)構(gòu)
4. 驗證風(fēng)振噪聲降噪方案的有效性：對兩種B柱擾流器方案進行了3D打印制作，并通過道路試驗驗證了方案對風(fēng)振噪聲的實際控制效果。
圖4 仿真與試驗的擾流器方案
三、研究結(jié)果
1. 風(fēng)振仿真方法的有效性驗證：表1中統(tǒng)計了各工況下各乘員耳點的仿真結(jié)果和試驗結(jié)果，其中峰值頻率的誤差在1.7 Hz以內(nèi)，風(fēng)振噪聲峰值的誤差在3.9 dB以內(nèi)，表明本文仿真方法的準(zhǔn)確性較好。
2. 風(fēng)振噪聲的產(chǎn)生機理及降噪策略分析：車窗處湍流渦的生成和反饋導(dǎo)致車內(nèi)壓力波動，當(dāng)波動的頻率接近或等于汽車內(nèi)部空腔的固有頻率時，就會激發(fā)赫姆霍茲共振現(xiàn)象，產(chǎn)生風(fēng)振噪聲。在B柱上設(shè)計擾流器、優(yōu)化車窗尺寸以及車內(nèi)空腔體積均可達到降噪效果。
圖5 一個風(fēng)振周期內(nèi)的壓力場變化
3. B柱擾流器對風(fēng)振的影響及其機理分析：方案A或B所示的擾流器結(jié)構(gòu)可以減小自由剪切層偏離B柱外表面的最大距離和渦的強度，從而減小風(fēng)振聲壓級峰值。論文設(shè)計的擾流器方案B-1最大降噪效果達12.8 dB。
圖6 方案B、B-1和B-2的截面圖
4．風(fēng)振噪聲降噪方案的有效性驗證：試驗和仿真的方案都能減小聲壓級峰值，而且試驗和仿真結(jié)果都表明方案B的效果優(yōu)于方案A，因此試驗和仿真具有較好的一致性。
圖12 主駕乘員耳點的試驗與仿真風(fēng)振噪聲曲線對比
四、創(chuàng)新點和意義
論文探索了不同形式 B 柱擾流器對后側(cè)窗風(fēng)振噪聲大小的影響，揭示了不同擾流器對風(fēng)振的影響機理，該研究對于進一步理解和控制風(fēng)振噪聲，具有重要的工程應(yīng)用價值。
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