车身A 柱棱线位置对车内风噪性能影响的探讨

覃炳露

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）

汽车行驶的过程中，气流经过车身的不同位置会产生气体压力，这种湍流压力作用于车身表面，就是汽车运动过程中的噪声来源。当汽车行驶速度过快时，湍流气体产生的风噪会逐渐加大，严重影响驾驶人员的舒适性。随着研究人员对气动噪声的进一步研究，发现车身A 柱棱线位置对车内风噪性能的影响极大。

1 国内外对气动噪声研究的现状

1.1 国外研究现状

国外研究人员对气动噪声的研究比较早，最开始英国人Lighthill 将气动噪声分成流场和声场两部分进行研究，他运用流体的研究方法分析声音问题。这种研究思路也可以称为声类比思想，即使用流体的方程导出声音的方程，最后，再根据声音的基本方程分析气动噪声的影响因素。该声音研究方程具有局限性，即不能对边界物体对声音的影响进行研究，所以后来Curle 对声类比方法得出的声音研究基本方程进行了补充，他将静止物体边界参数加入气动噪声研究方程中，提高了声音研究方程的全面性。最后，又有学者对Curle 的方程进行了完善，使气动声学方程可以研究流体中运动物体的气动噪声情况，汽车气动噪声应用的就是这个方程。汽车气动噪声研究需要先分析出气体作用与车身表面产生的湍流对车外风噪的影响，再将车外风噪的研究情况与流体动力学、振动学、仿真学等知识相互结合，分析气动噪声对车内风噪的影响，最后，可以得到湍流脉动与噪声之间的关系。

1.2 国内研究现状

国内研究人员对气动噪声的研究比较晚，当前国内主要从试验和仿真两个角度研究车身对气动噪声的影响。汽车外部车身的构造会对气动噪声的影响极大，汽车车身的结构会导致外边流体动力不同，流体动力不同则在车身外表面产生的湍流不同，湍流会对车身造成压力，最后产生不同程度的车外声噪。国内研究人员对车身的A 柱棱线、挡风玻璃、进气口、车顶流线、车窗、车底盘、轮胎、车门及后视镜与气动噪声之间的关系均有研究，其中陈鑫、冯晓等人研究了汽车后视镜与气动噪声之间的关系；贺银芝、王毅刚、董郭旭等人研究风洞和声阵列与气动噪声之间的关系；谭炳恒、徐鹏等人研究SUV车型A 柱棱线与气动噪声之间的关系，并提出了具体的优化措施；姜光、王连会等人使用外部设备模拟仿真车辆的行驶过程，分析其气动噪声受那些因素影响；除此之外，国内还有很多气动噪声研究人员使用仿真法研究车辆流场和声场与气动噪声之间的关系，并计算出车外气动噪声与车内风噪的影响，仿真数值研究方法是国内研究车身A柱棱线位置对车内风噪性能影响的主要方法。

2 车身A 柱棱线位置车内风噪数值计算方法

2.1 模型及计算域

数值计算方法首先需要对车辆风洞的信息进行计算，如风洞入口速度值、风洞出口大气压值、汽车车身表面边界条件、地板速度矢量、汽车轮胎旋转速度、空气介质的体积质量等参数。本文设置风洞入口速度为140km/h，结合底板速度矢量分析车辆的相对运动情况，底板速度矢量设置同样设置为140km/h，空气流体的体积质量为1.18kg/m3。车辆的A 柱棱线几何模型为A 柱与挡风玻璃的相交面，本文将A 柱棱线设置成不同参数，分别测试12、18、24、30mmA 柱棱线对车内风噪性能的影响。

2.2 数值方法

数值计算方法中，需要保证流场数据的精准性，然后，通过数据计算才能保障声学软件计算出来的风噪性能结果准确，车身A 柱棱线位置的流场与车内风噪性能结果具有直接关系。CFD 流场数值计算方法需要使用上千万个网格，然后，通过PESIO 算法与二阶迎风格式离散计算出质量、能量与动量守恒方程的流场物理量，最后，可以得到车身A 柱棱线位置对车内风噪数值的计算结果。本文使用PowerFLOW 软件计算流场的各物理量参数、使用PowerACOUSTICS 软件计算声场的各物理量参数，其中，车辆内部驾驶员耳朵附近的声场计算结果是整个研究过程中的重要测量参数，驾驶员左耳附近的声场可以直接体现出车身A 柱棱线位置对车内风噪性能的影响。本文计算出车身A柱棱线位置车内风噪流场和声场的数值后，再使用仿真法计算出仿真数据与风噪试验数值相互比对，判断该数值计算方法是否准确。如果车辆试验测得的流场和声场数值与仿真结果相近，则该计算方法比较准确，可以使用该数值计算方法测试车身A柱棱线位置对车内风噪性能的影响。

3 车身A 柱棱线位置车内风噪数值计算结果及分析

3.1 流场分析

车辆行驶过程中，气流会在车身外表面相互作用产生湍流，而车身A 柱棱线是湍流剧烈变化的区域之一。车身A 柱棱线的位置在挡风玻璃与驾驶室窗户的相交位置，该位置附近都是湍流变化剧烈的区域，车辆行驶的速度越高，车身A柱棱线附近湍流就越强，同时，其变化也越剧烈，产生的气动噪声也越强。车辆高速行驶的过程中，驾驶员会受到气动噪声的影响，所以本文研究车身A 柱棱线位置对车内风噪性能的影响，要先分析A 柱棱线位置附近的流场。车辆气动噪声研究人员对车身A 柱棱线位置附近的流场进行分析，可以得到不同位置的A 柱棱线附近的流场，其中，当车身A 柱棱线位置为18mm时，A 柱棱线上的气流分离少，所以18mm 位置的车身A 柱棱线最优。车身A 柱棱线位置的功能就是减少气流的分离，当车身A 柱棱线位置对气流的分离最少时，其风噪性能最佳。其次，则是查看车身A 柱棱线位置附近的湍流动能大小，湍流动能越大，在车身外表面产生的气动噪声越大，最终传递到车内的风噪就越大。所以，当车身A 柱棱线位置的湍流动能最小时，其产生的启动噪声越小，最终车内风噪性能就越优秀，本次试验中18mm 位置的车身A 柱棱线湍流动能最小。车辆侧窗上方的压力脉动同样是流场参数数据中的重要部分，压力脉动越强车身风噪频率就越高，车内风噪就越大。所以，当车辆压力脉动最小时，其车内风噪性能最好。车身A 柱棱线位置对车辆挡风玻璃也有一定影响，但是，不同A 柱棱线位置下前挡风玻璃的压力脉动对车内风噪影响不大。

3.2 外声场分析

车辆行驶过程中，气流会经过车身A 柱棱线产生涡流，气流的分离涡破碎则是产生气动噪声的原因之一。气动噪声的声源产生噪声，以声波的形式通过车辆驾驶室玻璃与前挡风玻璃传递到车辆内部，最终对驾驶与乘坐人员产生噪声污染。车辆高速行驶时，内部的驾驶人员和乘客人员会受到不同程度的噪声影响，速度越大，产生的噪声就越大，车辆内部人员的舒适性就越低。当外界气流经过车身A 柱棱线位置时会产生脱落涡流，该涡流破碎后，噪声源头会产生在车辆侧方车窗玻璃上，噪声的频率越高其存在的能量就越低，一般车辆行驶过程中产生的噪声频率都不到2000 赫兹。车身A柱棱线位置为18mm时，附近的外部声场中蕴含的能量要小于其他位置，其中车身A 柱棱线位置为30mm时外声场中声音的能量最大，其次是车身A 柱棱线位置为24 和12mm时，但是，无论是12mm、24mm，还是30mm 位置的车身A 柱棱线的外声场声音能量都要大于18mm。车辆行驶过程中，车身A柱棱线位置附近外声场声音能量越大，声源强度就越高，最终向车身内部传递的噪声就越大。所以车身A 柱棱线位置外声场声音能量最小时，车内风噪性能就好。

3.3 内声场分析

车辆行驶过程中，气流会经过车身A 柱棱线产生涡流噪声源，该声源经过玻璃将噪声传递到车身内，车内会产生声场。其中车内声场分布情况不同会对车内人员造成不同程度的影响，车内声场中声音能量越高，车内人员受到噪声的影响就越大，车内风噪性能就越低。车身A 柱棱线位置为18mm时，车内产生的声场中声音能量最小。当内声场中噪声频率在100 ～500Hz时，18mm 位置的车声A 柱棱线内声场产生的声压等级要比30mm 位置的车声A 柱棱线小2.5dB、响度等级小3.4sone，而且车内正常交流语言的清晰度可以提高将近20%；18mm 位置的车声A 柱棱线内声场产生的声压等级要比24mm 位置的车声A 柱棱线小0.6dB、响度等级小0.5sone，而且车内正常交流语言的清晰度可以提高将近2%。当内声场中噪声频率一般在500Hz 以上时，18mm 位置的车身A 柱棱线内声场产生的声压等级要总声压级小1.8dB、响度等级小2.9sone，而且车内正常交流语言的清晰度可以提高将近10%。所以18mm 位置的车身A 柱棱线的车内风噪性能最佳，该A 柱棱线位置的车内降噪效果最好。

4 结语

综上所述，车辆行驶速度越高，车身A 柱棱线位置产生的湍流越强，其流场、外声场、内声场中声音能量越高，最终车内噪音越大，车内风噪性能越差。当车辆行驶速度为140km/h时，车身A 柱棱线位置为18mm时，车内风噪性能最强，车内降噪效果最好。