某SUV车型后视镜气动噪声性能控制

徐鹏 李春花 赵伟丰 刘二宝 李晓鹏 蔡礼刚

（长城汽车股份有限公司技术中心；河北省汽车工程技术研究中心）

随着现代汽车速度和功率的不断提高，顾客对汽车NVH 性能要求越来越高，且气动噪声性能的优劣对整车品质的影响愈发明显。气动噪声混合计算方法主要是利用计算流体动力学（CFD）软件和声学软件对工程中的气动噪声进行联合仿真计算，能够对工程中气动噪声做出更全面的预测[1]。文章以一款在研SUV 的后视镜气动噪声问题为例，根据初期后视镜造型制作的手工样件，安装至实车进行风噪路试试验发现，该后视镜对车内噪声贡献量较大，且主观评价难以接受。由于该后视镜造型在设计阶段未能及时进行相关气动噪声风险识别，导致该问题的出现，因此文章对该后视镜进行了造型优化及气动噪声性能仿真控制。

1 流场建模与分析

1.1 模型搭建

优化前后后视镜造型，如图1所示。从图1可以看出，优化后的后视镜造型比原后视镜有3 处改动:1）镜背棱线前移（黄色线条所示）；2）靠近侧窗一侧的镜壁面向前延伸（红圈区域所示）；3）镜臂前端变窄（棕圈区域所示）。

针对以上2 种后视镜造型分别建立该车型油泥状态网格模型，设定风速为120 km/h，在汽车模型外创建一个足够大的风洞，生成Trimmer 流体网格。

流场计算包括:1）进行稳态计算，确认计算结果收敛即可停止计算；2）稳态计算完毕，设定0.2 s 瞬态计算，设定时间步为10-4s，每时间步内部迭代5 步；3）计算按时间步自动输出后视镜附近侧窗玻璃压力脉动数据。

1.2 前门侧窗压力分布

图2示出优化前后后视镜附近前门侧窗表面压力分布图。从图2可以看出，原状态后视镜附近前门侧窗红圈区域压力明显大于优化后，且压力梯度较大，会导致侧窗局部区域变形增大，增加侧窗玻璃与密封条和玻璃泥槽之间的配合难度，同时有造成泄漏噪声的潜在隐患。

1.3 前门侧窗声压分布

图3示出优化前后后视镜附近侧窗100～5 000 Hz频率段A 记权声压级分布对比图。从图3可知，原状态后视镜附近侧窗区域存在明显的2 处风噪风险，分别为（图3中红圈位置）:1）侧窗靠近B 柱一侧密封条附近存在大面积的高声压分布；2）后视镜安装基座附近（侧窗玻璃下端和密封条前部）存在大的声压分布。以上2 处位置均有引起噪声通过密封条渗透进入车内的风险，而优化后的后视镜能够避免上述风险。

2 车内声场耦合求解[2]

车外声场的优劣并不能完全决定驾驶舱内的噪声水平，因此后视镜造型对驾驶舱内噪声的影响，需要进一步进行内声场求解。

2.1 侧窗风噪声分析

由于2 个模型中，变化的只有后视镜造型，因此认为侧窗表面湍流压力脉动的差异均来自后视镜造型，从而通过计算侧窗湍流压力来激励侧窗振动产生的声振耦合噪声，结果可在一定程度上评判2 种后视镜造型在气动噪声性能方面的优劣。

2.1.1 模型准备

1）将侧窗压力脉动数据转化成LMS Virtual.Lab 可识别的.cgns 格式；2）进行侧窗10 kHz 以内约束模态计算，得到结果.op2 文件；3）在前处理软件中搭建车辆内CAS，并生成驾驶舱声腔网格。

2.1.2 侧窗风噪模型搭建与分析

在LMS Virtual.Lab Acoustic 模块下导入流场数据、侧窗结构模态数据及汽车驾驶舱声腔网格。首先，进行流场数据向侧窗结构的数据转移，期间进行傅里叶变换，将时域数据转换成频域数据；然后，在驾驶舱声腔内建一个驾驶员耳旁场点；最后，基于模态进行声振耦合响应计算。计算模型搭建完毕的显示界面，如图4所示。

完成声振耦合响应计算，可以查看整个车内声学空间的声压级云图，图5示出装有原状态后视镜的汽车驾驶舱在400 Hz 频率下的声压级云图。

对分别装有2 种后视镜状态下的模型驾驶舱内同一场点进行声压频率响应函数的计算，得到的对比结果曲线，如图6所示。

从图6可以看出，在3 kHz 以下频率段，2 个后视镜引起的侧窗压力脉动对车内的噪声影响可认为处于同一水平；3 kHz 以上，优化模型的测点较原状态模型测点声压曲线下降更为明显，且人耳对2～5 kHz 噪声最为敏感，因此可判定，优化的后视镜造型在侧窗上引起的压力变化产生的振动能量在高频段贡献更少，能够很好的改善车内噪声品质。

2.2 后视镜噪声分析

后视镜产生的气动噪声声压激励车窗，同样能够在车内产生噪声，该噪声对车内的贡献量是另一个后视镜造型优劣的评判依据。

2.2.1 模型准备

后视镜噪声分析所需的模型，在侧窗风噪声分析所需的模型基础上，还需增加后视镜、车门及车窗附近空间的声学有限元网格。

2.2.2 后视镜风噪模型搭建与分析

后视镜风噪计算，需要先进行流场数据向后视镜的映射，再进行外部车门附近空间声学响应计算，之后与侧窗风噪计算方法相似，进行计算模型搭建，其显示界面，如图7所示，车门区域声学响应计算结果压力云图，如图8所示。

对分别装有2 种后视镜状态下的模型驾驶舱内同一场点进行声压频率响应函数的计算，得到的对比结果曲线，如图9所示。

从图9可以看出，2 个后视镜作为声源对车内噪声的影响处于同一水平，因此，可以认为2 种后视镜造型在流场中产生的气动噪声声压对车内噪声的影响基本一致。

2.3 后视镜噪声与侧窗噪声量级对比

图10示出后视镜噪声与侧窗噪声的量级对比，从图10中能够直观的看到，由侧窗压力脉动激起侧窗振动引起的车内噪声要远远高于后视镜自身作为声源引起的车内噪声。

3 风噪路试试验

根据模型制作2 种造型的后视镜样件进行实车风噪路试试验，乘员舱麦克风布置位置为驾驶员左耳，测得数据进行对比，如图11所示。

从图11中不难发现，优化造型的后视镜在1 500 Hz以上高频段气动噪声性能均优于原状态后视镜，且在3 500 Hz 以上高频部分最为明显。受试验条件所限，目前风噪测试主要采取路试试验的方法，发动机噪声、路噪及胎噪等的影响无法排除，致使测量值偏大，同时，计算时忽略了渗漏噪声，而且加载边界条件时只考虑了侧窗和后视镜处的压力，这又使计算值偏小。但从目前试验与仿真的数据对比可以判断，使用LMS Virtual.Lab Acoustic 声学有限元计算车内测点声压频谱的方法在设计方案的对比上具有十分重要的参考意义。

4 结论

1）根据工程经验，以引导后视镜区域气流准确分离为原则，将后视镜造型做修改进行对比分析。由流场结果得出该车型分别安装2 种造型后视镜前侧窗表面压力分布以及A 计权声压级分布，从车外声压分布情况可知优化的后视镜造型对侧窗外噪声有改善作用。

2）借助声学软件LMS Virtual.Lab Acoustic 下的声学有限元模块进行流固耦合的内场噪声分析，通过对2 种模型驾驶员耳部设置测点进行计算，可以从测点频谱曲线更为直观的考察2 种后视镜造型在气动噪声性能方面的优劣，能够为后视镜造型修改提供更为有力的数据支持。同时从分析结果可知，由侧窗压力脉动激起侧窗振动引起的车内噪声要远远高于后视镜自身作为声源引起的车内噪声。